книги из ГПНТБ / Бирзниекс, Л. В. Импульсные преобразователи постоянного тока

ИЛИ с учетом того, что на общий приемник энергии мо­ гут работать т параллельных цепей тяговых двигателей:

осуществлен при коэффициентах заполнения, больших определенной минимальной величины (в данном случае при у>0,5).

Определенный практический интерес представляет рассмотрение случая импульсного рекуперативного тор-

молсения, когда в начале процесса торможения входное напрялсение U больше выходного напряжения Uо преоб­ разователя [как следует из (5-1) и (5-3), U больше U0 при у<0,5 и меньше при у>0,5].

Такой случай может быть, например, на контактно­ аккумуляторном электропоезде при торможении каждо­ го моторного вагона на аккумуляторную батарею одно­ го прицепного вагона (с э. д. с. примерно 833 В) без

112

Дополнительного тормозного сопротивления в цепи бата­ реи. При этом вся тормоз­ ная энергия, генерируемая двигателями, может быть передана в аккумуляторную батарею без рассеивания ча­ сти ее на омическом сопро­ тивлении.

Расчетные зависимости для такого варианта показа­ ны на рис. 5-8. Если при этом начать тормозной процесс при у = 0,3, то э. д. с. двух по­

113

5-9,а, которая составлена при допущении о том, ЧТО пульсациями падения напряжения па омическом сопро­

114

дит ток іьи к накопительной индуктивности прило­ жено отрицательное напряжение «со= Uco— Uо (рис. 5-9,6)

мы по расчетной схеме на рис. 5-10,а. Эта схема состав­ лена на основе таких же допущений, что и предыдущая расчетная схема на рис. 5-9,а.

индуктивности Li приложено постоянное входное напря­ жение U (рис. 5-10,6, в) и, следовательно, пульсации тока в ней определяются выражениями (4-19) и (4-20). В этом интервале времени накопительный конденсатор С0 разряжается током нагрузки іо (рис. 5-10,е) и, если пренебречь пульсациями тока, пульсации напряжения накопительной емкости, так же как в схемах на рис. 4-9,я, 4-10,а и 5-9,а, могут быть найдены по (4-21) и (4-22).

В интервале (1—у)Т, когда прерыватель П находит­ ся в непроводящем состоянии, ток нагрузки іо замыкает­ ся по контуру Lо—U0—Д —Lo и на основе уравнения, соответствующего этому контуру, можно показать, что пульсации тока нагрузки составляют:

Подставляя в это выражение величину U0, согласно (5-2) получим, что пульсации тока нагрузки в относи­ тельных единицах:.

А/„* =

где гl0= Lo[Rs.

Таким образом, пульсации большинства токов и на­ пряжений в схемах с повышенным и пониженным — по­ вышенным выходным напряжением (рис. 4-9,я, 4-10,я 5-9,я и 5-10,я) определяются одинаковыми выражениями (4-19) — (4-24). Исключением являются пульсации тока нагрузки в схеме на рис. 5-10,я, которые определяются по (5-18) и (5-19).

Основной отличительной особенностью схемы с по­ следовательной емкостью (рис. 5-10,я) по сравнению со схемой с параллельной емкостью (рис. 5-9,я) является то, что выходное напряжение ііо является прерывистой функцией времени и среднее значение тока накопитель­ ной индуктивности Li равно только току источника пита­

в интервале уТ к нагрузке (к диоду Д) приложено сум-

116

марное напряжение источника питания и накопительной

через диод Д проходит ток, это напряжение равно нулю. Ток г'п, потребляемый от входного фильтра, в обеих рассматриваемых схемах является прерывистым. В схе­ ме на рис. 5-9,ß в интервале уТ этот ток равен току іи,

а в схеме на рис. 5-ГО,а — сумме токов і'ы-И’о.

В некоторых практических случаях, когда допустимо прерывистое выходное напряжение, схема с последова­ тельной накопительной емкостью (рис. 5-10,а) может иметь определенные преимущества по отношению к схе­ ме с параллельной емкостью (рис. 5-9,а), так как нако­ пительная индуктивность в ней может быть рассчитана на меньший ток.

5-3. ПУЛЬСАЦИИ ВХО ДН О ГО ТО КА И НАПРЯЖЕНИЯ

Пульсации тока источника питания и напряжения на конденсаторе входного фильтра могут быть приближен­ но определены на основе выражений (2-64) и (2-69), выведенных в § 2-5. Однако в этих выражениях вместо неизменного тока нагрузки /о необходимо подставить меняющуюся величину импульса тока /ф (среднее значе­ ние за интервал времени уТ), потребляемого от вход­ ного фильтра.

В обеих рассматриваемых схемах (рис. 5-9,я и 5-10,а) это значение равно:

117

Поэтому необходимая емкость накопительного конденсатора Со, ин­ дуктивность дросселя L I и индуктивность Ln цепи нагрузки могут

быть определены так же, как показано в § -1-3. Исключением являет­ ся необходимая индуктивность цепи нагрузки L0 для схемы с по­

следовательным конденсатором (рис. 5-Ю,а), которая может быть найдена по заданному допустимому максимальному значению пуль­ саций тока нагрузки Д/омпкс. из (5-19).

Емкость конденсатора входного фильтра С и необходимую ин­ дуктивность цепи источника питания L можно определить по допу­ стимым максимальным значениям пульсаций M JCмпке. и ДЛчакс*.

которые для рассматриваемых способов регулирования существуют при у=Ѵмакс (за исключением А/манс. для второго способа регули­ рования, соответствующего режиму у=УмнП) согласно выражениям

(5-23) и (5-24).

Параметры прерывателя П и диода Д в рассматриваемых схе­ мах (рис. 5-1,а, б) могут быть выбраны на основе следующих сооб­

ражений.

В обеих рассматриваемых схемах (рис. 5-1,о, б) в интервале времени уТ, когда прерыватель П находится в проводящем состоя­ нии, к диоду Д приложено обратное напряжение и + ііго, максималь­

ное значение которого с учетом пульсаций напряжения входного и

времени (1—у) Т, когда прерыватель П находится в непроводящем

ное мгновенное значение суммы входного и выходного напряжений,

а среднее значение тока диода Д согласно схемам на рис. 5-2,а и б

равно среднему значению тока нагрузки ГоПо сравнению со схемами с повышенным напряжением (рис. 4-1,а

и б) здесь прерыватель П и диоды Д должны быть выбраны на большее напряжение (в схемах на рис. 4-1,а, б эти элементы могут

быть рассчитаны только на максимальное значение выходного на­ пряжения).

115

импульсных преобразователен с выходным напряжением регулируе­ мым выше и ниже входного, а также ряд дополнительных исследо­ ваний по сравнению пульсаций токов и напряжений при разных спо­ собах регулирования дают возможность сделать следующие выводы:

1. Регулирование выходного напряжения импульсного преобразо­ вателя ниже п выше напряжения источника питания может быть осуществлено в схемах, где накопительная индуктивность подключе­ на параллельно источнику питания, а накопительная емкость — па­ раллельно нагрузке или последовательно с нагрузкой (рис. 5-1,а и б). В обоих случаях среднее значение выходного напряжения равно

теристики регулирования (зависимости средних значений токов и напряжений от коэффициента заполнения импульсного цикла). Отли­ чие между этими схемами заключается в том, что в схеме с парал­ лельной емкостью (рис. 5-1,а) среднее значение тока накопительной индуктивности равно сумме средних значений тока источника пита­ ния и тока нагрузки (5-4), а в схеме с последовательной емкостью (рис. 5-1,6) это значение равно только току источника питания

(5-5).

как для схем с повышенным напряжением' (рис. 4-1,а, б), опреде­ ляется выражением (4-11). Основное отличие между характеристика­ ми регулирования выходного напряжения схем, рассмотренных в гл. 4 и 5, заключается в том, что максимальные значения выход­ ного напряжения для схем настоящей главы имеют место при боль­ ших значениях коэффициента заполнения [выражения (4-10) и (5-13),

а также рис. 4-4; 4-5 и 5-4].

4. Внешние характеристики импульсного преобразователя так же, как для схем, рассмотренных в гл. 4, становятся мягче по мере увеличения выходного напряжения (рис. 5-5).

5. Рассмотренные схемы на рис. 5-1,а и б могут быть использо­

ваны для рекуперативного, рекуперативно-реостатного и реостатного торможения двигателей постоянного тока. Если по коммутационным условиям на коллекторе э. д. с. двигателей не должна превысить определенную величину, то процесс импульсного торможения (с пол­ ным током возбуждения) должен быть осуществлен при коэффици­

управляемого импульсного рекуперативного торможения по заданно­ му неизменному значению тормозного тока и в тех случаях, когда в начале процесса торможения входное напряжение (напряжение ге­

119

мо выбрать с учетом допустимой э. д. с. на коллекторе генерирую­ щей машины и допустимого тока приемника энергии.

7. Пульсации тока накопительной индуктивности Д/ы » и напря­

8 . Схемы с пониженным и повышенным выходным напряжением

имеют такой же характер изменения пульсаций в процессе регули­ рования, как схемы с повышенным напряжением. Однако при оди­ наковых исходных данных в схемах рис. 5-9,а и 5-10,а пульсации токов и напряжений больше, чем в схемах на рис. 4-9,а и 4-10,а (при

всех способах регулирования).

9. Для рассматриваемых схем (рис. 5-9,а и 5 -1 0 ,а) действитель­ ны выводы 8 , 9, 10 и 11, сформулированные в гл. 4 для схем

рис. 4-9,а; 4-10,а.

10.Пульсации тока источника питания А/* при первых трех спо­ собах регулирования определяются по таким же выражениям, как пульсации тока нагрузки, если з них заменить период собственных колебаний выходных элементов Тф о периодом собственных колеба­

ний входного фильтра 7'ф.

11.При первом и третьем способах регулирования пульсации тока источника питания Л /. и напряжения на входной емкости ДUc»

максимальны при у —Ѵыакс. При втором способе регулирования мак­

симум Д/* существует при ѵ = Ѵ«ив. а пульсации напряжения AUc не зависят от у. При четвертом способе регулирования пульсации

тока источника питания также являются постоянными и их величи­

на определяется отношением периодов собственных колебаний

Тф о/Тф.

12.Пульсации входного тока и напряжения, а также параметры входного фильтра в схемах, показанных на рис. 5-1,а, б и 4-1,6, мо­ гут быть определены по одинаковым выражениям. Это обусловлено тем, что амплитуды импульса тока, потребляемого от входного фильтра, для упомянутых схем равны.

13.Для сравнения максимальных значений пульсаций тока на­ грузки напряжения на накопительном конденсаторе и тока накопи­ тельной индуктивности при рассматриваемых способах регулирования

действительны такие же выражения, как для схем рис. 4-9,а и 4-10,а. 14. Отношения максимальных значений пульсаций тока источника питания Д/манс* при разных способах регулирования совпадают с соответствующими отношениями максимальных значений пульсаций

тока нагрузки Д/о маис».

15. Как следует из сравнения максимальных значений пульсаций тока нагрузки Д/оыакс* и тока источника питания Л /Иакс», при хСумпн минимальные пульсации могут обеспечить первый и четвер­ тый способы регулирования, а при к > у Мнп — только четвертый спо­ соб регулирования. Первый способ имеет меньшие пульсации, чем

второй при ■/.<■/іі2 = У УмаксУшшТретий способ может обеспечить

меньшие пульсации, чем второй, если

1ІМІШ

16.Как показывает сравнение максимальных пульсаций напря

120