|
| |
|
Главная Журналы   Рис. 10. Время приложения обратного напряжения к силовому тиристору arctg 1 g-M/coo соз = \/VCL2. (2.13) При добротности Q 18 емкость на конденсаторе макс 0,91/7 tgco зв.макс (2.14) Отметим некоторые особенности рассмотренных схем (см. рис. 7, а, 8, а и 9). Эти схемы предложены в начале 60-х годов и имели широкое распространение при осуществлении методов импульсного регулирования. Для них существенным является очередность подачи управляющих импульсов на силовой и коммутирующий тиристоры при пуске преобразователя. Первым должен включаться коммутирующий тиристор Т2 для подготовительного заряда конденсатора. Это ведет к усложнению системы управления. Схемы имеют низкую коммутационную способность, так как напряжение U (за исключением схемы, представленной на рис. 7, а, где f/j, незначительно превышает напряжение источника), а у схем, показанных на рис. 8, а и 9, коммутационная способность снижена еще больше, поскольку уменьшено время приложения обратного напряжения к силовому тиристору [1, 151. К тому же в схеме, приведенной на рис. 8, а, к коммутационному перезаряду добавляется время одного полупериода колебательного процесса перезарядного контура, что снижает частотные свойства схемы. Таким образом, применение подобных схем преобразователей постоянного напряжения в низковольтном электротранс- порте возможно при наличии тиристоров с малым временем восстановления, небольшой мощности тягового двигателя и при использовании аккумуляторной батареи с верхним пределом напряжения, применяемым в низковольтном приводе. Независимый заряд. Из всех схем с независимым зарядом коммутирующего конденсатора схема, представленная на рис. 10, а, имеет существенное преимущество, так как исключается возможность короткого замыкания (к. з.) источника по цепи перезаряда коммутирующего конденсатора [1131. В соответствии с временными диаграммами, представленными на рис. 10, б, схема работает следующим образом: вначале тиристор Т1 закрыт и якорный ток протекает по цепи обратного диода Д1. Конденсатор не заряжен. В момент времени включается силовой тиристор Г/, двигатель подключается к батарее. Одновременно с этим по цепи Т1~ДЗ-L-С происходит колебательный заряд конденсатора от источника в sin {Ш + ур). (2.15) (2.16) Колебательный заряд конденсатора длится половину периода собственных колебаний контура (/ л/со) и при переходе тока через нуль блокируется тиристором Т2 и диодом ДЗ. Напряжение Uci, до которого зарядится конденсатор в момент времени /3, определяется выражением (2.17) ~ 20 На практике добротность зарядного контура \Ъ ~ и конденсатор заряжается до напряжения 2U, В момент времени /4 включается коммутирующий тиристор Т2 и колебательный разряд конденсатора протекает до /g. В момент времени 4 запирается силовой тиристор Г/, ток конденсатора продолжает нарастать и разница токов 1-/протекает через диод Д2, причем излишек энергии коммутирующего конденсатора передается в источник питания. Во время процесса разряда конденсатора-к силовому тиристору прилагается обратное напряжение, равное падению напряжения на диоде Д2, Когда ток 1 достигает значения тока нагрузки, колебательный процесс прекращается и конденсатор разряжается якорным током до нуля (до момента времени t). В интервале 4-4 напряжение Ua = и. Электромагнитная энергия, запасенная в индуктивности L, рассеивается в активном сопротивлении R. Схема подготовлена к следующему импульсному  ГШ   Рис. 11. Рис. 12. К схемам с независимым зарядом коммутирующего конденсатора следует отнести также основную часть схем с последовательной коммутацией. Такие схемы нашли некоторое применение для у правления питающихся от аккумуляторной батареи двигателей независимого и последовательного возбуждения [ИЗ]. Схема такого преобразователя представлена на рис. II, она содержит силовой тиристор Tl и включенный последовательно с ним линейный дроссель L. Катод коммутирующего тиристора, шунтируемого обратным диодом Д2, подключен к катоду тиристора Tl через дополнительный дроссель LI. Коммутирующий конденсатор С заряжается от источника по цепи U)-Д2-С до напряжения V,, 2U. Для запирания тиристора Tl напряжение конденсатора С прикладывается (включением тиристора Т2) к линейному дросселю L, причем к тиристору Tl прикладывается в этом случае обратное напряжение, приблизительно равное U. Тиристор Tl выключается, якорный ток замыкается по цепи обратного диода Д/, конденсатор после перезаряда начинает обратный перезаряд по цепи диода ДЗ и тиристор Т2 выключается. Затем вновь происходит дозаряд конденсатора от источника. Недостатком приведенной схемы является то, что для раскачки напряжения на коммутирующем конденсаторе до напряжения большего, чем напряжение источника питания (с целью повышения коммутационной способности схемы), в цепи протекания якорного тока необходимо включать индуктивность с пониженной добротностью с целью рассеивания необходимой энергии на коммутирующем конденсаторе, что, естественно, приводит к ухудшению энергетических показателей схемы. В то же время, поскольку не осуществляется необходимая раскачка напряжения на коммутирующем конденсаторе, становится менее надежным процесс принудительной коммутации силового тиристора преобразователя» Таким образом, энергетиче- ские показатели узла коммутации преобразователя в значительной степени влияют на надежность его работы. Схема преобразователя, являющаяся модификацией предыдущей [20], приведена на рис. 12. Огличительная особенность схемы состоит в том, что линейный и дополнительный дроссели выполняются с промежуточными отводами. Промежуточный отвод линейного дросселя L соединяется с концом дополнительного дросселя L/, промежуточный отвод которого соединяется с катодом коммутирующего тиристора Т2 В исходном положении конденсатор заряжен до напряжения, превышающего напряжение источника питания. Силовой тиристор открыт. Для коммутации тока нагрузки подается импульс управления на коммутирующий тиристор 72, в результате чего к обмотке Wi линейного дросселя L через обмотку дополнительного дросселя LI прикладывается напряжение коммутирующего конденсатора С. Индуктивность обмотки Wi дросселя LI выбирается исходя из условия ограничения резкого броска тока через тиристор 72 (в момент подачи на него отпирающего импульса) до величины тока нагрузки, протека-ющего через дроссель L. По сравнению с индуктивностью обмотки линейного дросселя L индуктивность обмотки Wi дросселя L/значительно меньше, поэтому фактически все напряжение коммутирующего конденсатора С прикладывается к обмотке линейного дросселя L. Непосредственно па дросселе L вследствие магиитной связи обмоток и W.y наводится напряжение, превыгиающее напряжение источника питания. Число витков обмотки W2 линейного дросселя L выбирается исходя ПЗ необходимого обратного напряжения, прикладываемого к силовому тиристору 7/, от величины которого, как из-ве(тно, зависит коммутационная способность преобразователя, т. е, U/U - lx- При соблюдении этого условия управляющие свойства силового тиристора восстанавливаются. В дальпейи1ем процессы в схеме протекают так же, как и в рассмотренном выше преобразователе (см. рис. 11). Ограниченное распространение схем с последовательной коммутацией в низковольтном аккумуляторном электротранспорте объясняется их невысокой коммутационной способностью (в том числе и начальной), -слож- ностью конструктивного исполнения и недостаточно хорошими энергетическими показателями, обусловленными необходимостью включения обмотки дросселя или трансформатора в силовую цепь. Схема преобразователя, приведенная на рис, 13, имеет высокую коммутационную способность, так как в установив-   Рис. 13.   Рис. 14. шсмся режиме коммутирующее иаиряжение достигает значении Зи [56, 1251. При 3T(JM следует иметь в виду, что поскольку речь идет о иизковольтпом источнике, то по абсолютной величине значение 3U является невысоким и не ведет к каким-либо опасным перенаприжепиям в схеме. Рассмотрим работу схемы, временные диаграммы которой представлены на рис. 14. Вначале включаются одновременно тиристор] TI и Т2. При зтом протекает два процесса: заряжается коммутирующий конденсатор гю ценн /-Т2--С- TI-2 и нарастает ток в якорной цепи /-До-Т1-2. Конденсатор заряжается в интервале времени О -<С / (рис. 14, д) таким образом, что обкладка А становится положительной, а £ - отрицательной. После заряда С в течение полупериода колебаний собственной частоты контура - С тиристор Т2 запирается. Ток в якорной цепи продолжает нарастать в течение времени О / На нагрузку подается импульс напряжения t = t (рис. 14, к). В момент времени t [юдается управляющий сигнал на тиристор ТЗ. который отпирается, и от конденсатора С подается напряжение обратной полярности на тиристор Г/, в результате чего он запирается. Таким образом, в течение импульса напряжения, подаваемого на нагрузку, через тиристор Т1 проходит сумма токов (рис. 14, г) зарядной цепи конденсатора С и якорной цепи. После подачи запирающего напряжения на Т1 при t = /3 начинается перезаряд конденсатора С до обратной полярности (обкладка А - отрицательная, Б - положительная) по цепи /-Дв-С-ТЗ-2. Этот перезаряд длится в течение i/ /3. Затем в результате уменьшения тока или обратного колебания энергии (в зависимости от параметров цепей нагрузки и источника, формы переходного процесса) запирается тиристор ТЗ. После запирания тиристора открывается диод Д и спадающий реактивный ток якорной цепи замыкается по конгуру Дв-Д-Дв, В течение времени ttt длится пауза, причем якорный ток уменьшается. В зависимости от параметров якорной це[1и и частоты коммутации ток якоря может не успевать (режим непрерывных токов) или успевать (спадать до нуля). Если при этом образуется бестоковая пауза, то получаем режим прерывистых токов. Если = О только при t t, то такой режим будет граничным между прерывистым и непрерывным токами. Таким образом, в импульсе через якорь протекает сумма токов: собственно якорной цепи (О < / < У и перезаряда конденсатора С (t i t) (рис. 14, з). Ток через диод Д [фоходит только в паузе (рис. 14, W). При t = ti следует новый им[1ульс и процессы повторяются. Напряжение, приложенное к якорной цепи (рис. 14, к) в импульсе, в промежутке времени О t t, г затем в конце импульса 2 3. гфедставляет собой сумму напряжений источника и конденсатора С ([юскольку при коммутации в конце импульса якорная цепь, конденсатор и источник оказьша-ются включенными последовательно). В начале импульса контур L,- С оказывается включенным параллельно источнику и якорной цепи через тиристор Г/. Поэтому темп нарастапня импульсного напряжения на нагрузке определяется параметрами источника и L- С-контура. Электромагнитные процессы в коммутирующем устройстве преобразователя протекают в определенные интервалы времени (рис. 14, д, ж). Токи и напряжения, соответствующие каждому интервалу, описываются следующими уравнениями; е- sin (61 sin coj/ + со cos СО]/) -f (2.18) (2.19) tc: = е~ с2 (0) к2макс2 sin С02 /макс cos СО о/ С2 (0) - (2.20) к2 макС 2 (1 -е~ (sin (02 0 1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 |