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

чения тока каждой фазы соответствуют мгновенным значениям тока нагрузки, а среднее значение тока каждой фазы за импульсный цикл равно половшіе тока нагрузки. Поэтому в схемах рис. 8-7 требуется большая коммутирующая емкость С. Однако существенным достоин­

ством схем рис..8-7 является то, что в них отсутствуют специальные тиристоры «гашения» (запирание тиристоров одной фазы осуществ­ ляется при отпирании основных тиристоров другой фазы) и разде­ ляющие дроссели, масса которых в некоторых случаях составляет 35—40% массы импульсного преобразователя.

Основное отличие двухфазных схем (рис. 8-6 и 8-7) от однофаз­ ных (рис. 8-3 и 8-4) заключается в том, что в них исключен подгото­ вительный перезаряд коммутирующего конденсатора С. В двухфаз­

ных схемах каждый перезаряд конденсатора является «рабочим».

а) Двухфазные схемы с разделяющими дросселями

ТЗ(Т4). Принцип работы и коммутационные процессы этого двухфаз­

ного прерывателя рассмотрены в [Л. 38—40]. В двухфазной схеме на

щей однофазной схеме на рис. 8-4,е. Коммутационные процессы в этой

схеме (рис. 8-6,6) изложены з работах [Л. 41, 42]. В двухфазных схемах, так же как в однофазных прерывателях, в целях расширения диапазона регулирования может быть применен так называемый амплитудно-широтный способ регулирования. Это, в частности, мо­ жет быть осуществлено также в схеме на рис. 8-6,в [Л. 96]. В этой схеме на первом этапе регулирования (при малых значениях коэф­ фициента заполнения) главные тиристоры TI, Т2 не отпираются и при очередном отпирании ТЗ, Т5 (или Т4, Тб) отпирание То (Тб)

осуществляется с некоторой изменяемой задержкой.

Такое амплитудно-широтное регулирование осуществляется анало­ гично тому, как показано на рис. 8-5,а, применительно к однофазной схеме на рис. 8-4,з.

б) Двухфазные схемы без разделяющих дросселей

Двухфазная схема на рис. 8-7,а работает следующим образом. При очередном отпирании тиристоров Т1 и ТЗ одной фазы ток нагрузки-

восстанавливает свои запирающие свойства. После уменьшения си­ нусоидального тока перезаряда до величины тока нагрузки процесс

191-

которой ток нагрузки замыкается через Д. Со сдвигом на половину периода по отношению к моменту отпирания Т1 и ТЗ происходит отпирание тиристоров Т2 и 77 второй фазы, которые затем запи­

раются при отпирании тиристора 77.

Схема рис. 8-7,6 отличается от схемы рис. 8-7,а тем, что процесс

перезаряда конденсатора происходит только через один дроссель пе­ резаряда. Это позволяет уменьшить минимальную продолжительность импульса выходного напряжения. Работа схем более подробно изло­ жена в [Л. 5]. К недостаткам схемы на рис. 8-7,а можно отнести то, что во время перезаряда конденсатора С к нагрузке приклады­

вается сумма входного напряжения и напряжения на дросселе пере­ заряда 7.7(12). При одинаковых дросселях Ы и L2 амплитуда на­

пряжения на них равна половине начального напряжения на конден­ саторе С. Поэтому амплитуда напряжения, приложенного к нагрузке, обычно составляет (1,54-2,0)77. Это устранено в двухфазной схеме рис. 8-7,8, где дроссель перезаряда L включен последовательно с ком­ мутирующим конденсатором С [Л. 25, 28]. В этой схеме к цепи на­

грузки прикладывается напряжение, не превышающее 77. Для огра­

Следует отметить, что приведенные в данной главе схемы, безусловно, не охватывают все возможные варианты и модификации тиристорных прерывателей постоянного тока. Однако из рассмотрен­ ных схем можно выбрать или синтезировать рациональный вариант схемы прерывателя для большинства практических случаев.

Г л а в а д е в я т а я

КОММУТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТИРИСТОРНЫХ ПРЕРЫВАТЕЛЯХ

Коммутационные процессы в большинстве тиристорных ■прерывателей, описанных в предыдущей главе, проана­ лизированы в (Л. 1, 8, 23, 45, 56, 66, 74, 79, 86, 87] и по­ этому здесь повторно не рассматриваются. Кап показано в гл. 8, рядом положительных свойств обладают одно- и двухоперационные прерыватели по 'схемам рис. 8-1,77 и к и 8-4,д и е, а также двухфазная схема рис. 8-7,в. При этом коммутационные процессы в однооперационных схе­ мах рис. 8-1,77 и к можно рассматривать как частные случаи коммутационных процессов двухоперационных схем рис. 8-4,д, е. Поэтому в этой главе рассмотрены, в основном, только процессы коммутации в однофазных двухоперационных прерывателях, схемы которых пока­ заны на рис. 8-4,0 и е, и коммутация тока в двухфазном прерывателе по схеме на -рис. 8-7,в [Л. 4, 25].

192

цессе 'Отпирания и запирания главного тиристора 77 можно выделить шесть характерных интервалов времени.

В интервале 1 после оттирания тиристора 77 ток в нем возрастает, а в диоде Д — падает. В этом интервале входное напряжение U приложено к дросселю перезаря­

Отсюда могут быть найдены необходимая индуктив­ ность дросселя перезаряда с точки зрения ограничения скорости нарастания тока в тиристоре 77 до допустимой величины

{diji/dt)ROn

и продолжительность интервала 1

X^IoL/Ü. (9-3)

В интервале 1 имеет место максимальная скорость нарастания тока тиристора ТІ, так как в последующем интервале 2 напряжение конденсатора, приложенное к дросселю перезаряда, уменьшается. В этом интервале перезаряд конденсатора еще не начинается, так как на­ пряжение на конденсаторе равно напряжению на дрос­ селе и равно U. В схеме на рис. 9-1,6 в первом интер­ вале к цепи нагрузки Я — OB уже приложено входное напряжение U (см. диаграмму «о па рис. 9-1,0). В диа­ граммах «о на рпс. 9-1,0 оплошной линией показана фор­ ма выходного напряжения uo для схемы на рис. 9-1,6, а прерывистой линией-—для схемьі на рис. 9-1,а. В этом и заключается основное отличие между двумя схемами. Остальные токи и напряжения в них одинаковы. Исклю­ чением является только ток дросселя L, который в схеме на рис. 9-1,а протекает, в основном, при открытом тири­ сторе 77, а в схеме на рис. 9-1,6 — во время непроводя­ щего состояния тиристора ТІ.

В конце интервала 1 ток диода Д уменьшается до нуля, а ток тиристора ТІ достигает величины Iо. После этого начинается интервал 2, в течение которого кон­ денсатор С перезаряжается по цепи С—ТІ—L—Д2—С. Если пренебречь активным сопротивлением этого конту­ ра и падением 'напряжения -в тиристоре ТІ и диоде Д2, то эта цепь соответствует идеальному колебательному

194

контуру, для 'Которого ток и напряжение описываются соответственно синусоидальными и косинусоидальными функциями времени:

где ш0 = 1/|/1С , а амплитудное (начальное) значение

напряжения конденсатора UCm=U co может быть приня­ то равным входному напряжению II. Продолжительность интервала 2

В двухоперационных прерывателях (рис. 9-1,а и б) после интервала 2 следует интервал 3, в течение кото­ рого напряжение конденсатора приложено к тиристору Т2 (по цепи С—Т2—L—Д1—С). Продолжительность это­ го интервала изменяется системой управления. В соот­ ветствующих однооперационных схемах (рис. 8-1,и и к) ввиду отсутствия тиристора Т2 и диода Д2 интервала 3

~С J lc d t + L ~ d t ^ = 0

(принятые положительные направления токов показаны на рис. 9-1,а), которое при Jo=/o=const 'может быть при­ ведено к уравнению, соответствующему идеальному ко­ лебательному контуру. Это можно показать, подставляя

«с(0)і=Псо дает такие же выражения, как (9-4) и (9-5) (полученные для интервала 2), только с противополож­ ными знаками. Это означает, что ток конденсатора отри­ цателен по отношению к принятому положительному на­ правлению, а напряжение на конденсаторе изменяется

Последнее выражение может быть использовано для выбора емкости коммутирующего конденсатора С. Для этого в (9-9) необходимо іподставить выбранную соглас­ но условию (9-2) индуктивность L дросселя перезаряда и такую емкость С, при которой Яа ^?-Я3ап-

Расчет может быть проведен методом последователь­ ных приближений, с подстановкой в (9-9) тех дискретных значений емкости, которые могут быть реализованы при помощи применяемых конденсаторов.

При этом следует отметить, что выбранная согласно (9-2) индуктивность L обеспечивает допустимую ско­ рость нарастания тока также во вспомогательном тири­ сторе Т2, так как производная тока тиристора Т2 (тока конденсатора) в интервалах 4 и 5 согласно (9-4) и (9-7)

=■/ Смш0 cos m0t = cos %t, (9-10)

T. e. равна или меньше отношения UjL.

Напряжение на конденсаторе в конце интервала 5

После уменьшения синусоидального тока конденсато­ ра до /о перезаряд конденсатора продолжается по цепи С—Т2—Я—ОБ—U—С (рис. 9-1,а) или С—Т2—L—Я— ОБ—U—С (рис. 9-1,6) неизменным по величине током на­ грузки Іо (интервал 6).

Поэтому в интервале 6 действительно уравнение

и его решение при начальных условиях ^=0 и ис ——Ucvs имеет вид:

197

Интервал б кончается в момент, когда напряжеииена конденсаторе достигает величины U. В этот момент об­ ратное напряжение е диода Д снимается и через него начинает протекать ток. Продолжительность интервала 6 можно определить из (9-14), подставляя t=Xо и ис = —U:

С ( и - и СкГі)

Минимально возможная продолжительность импуль­ са выходного напряжения и0 (при продолжительности интервала 3, равной нулю) может быть определена для схемы на рис. 9-1,а выражением

а для схемы на рис. 9-1,6

Однако для обеих схем эту величину приближенно можно считать равной периоду собственных колебаний контура LC, т. е.

Величина Хадоп, которая в гл. 2—7 используется при сравнении разных способов регулирования для рассма­ триваемых прерывателей (рис. 9-1,а, б), может быть при­ нята равной Ха мни по (9-18).

а) Учет затухания колебательного процесса

Как показывают экспериментальные исследования, во многих практических случаях для правильного выбора емкости коммутирующего конденсатора необходимо учесть также потери энергии в контурах его перезаряда. Для этого необходимо учесть эквивалентное активное сопротивление контура перезаряда г. Точное аналитиче­ ское определение этой величины затруднено, и поэтому можно рекомендовать измерение добротности Q приме­ няемого дросселя перезаряда и тангенс угла потерь tgö используемых конденсаторов. В этом случае эквивалент­ ное активное сопротивление цепи перезаряда приближен­ но может быть определено в виде

198

где rL— активное сопротивление дросселя перезаряда и соединительных проводов, а гс — активное сопротивление конденсаторной батареи.

Активное сопротивление гь может быть вычислено на основе измерений индуктивности L и добротности Q по формуле

где f — частота измерения.

Принимая, что при относительно высокой собственной частоте процесса перезаряда в .коммутирующих конден­ саторах преобладают потери в металлических частях (в обкладках, токолроводах, выводах и переходных кон­ тактах), эквивалентное последовательное активное со­ противление цепи конденсаторов может быть принято равным

Зная эквивалентное активное сопротивление контура перезаряда, можно определить угловую частоту свобод­ ных (собственных) колебаний сос и период Тс затухаю­ щего колебательного процесса в цепи г—L— С

где Ucm(i)— напряжение на конденсаторе в начале пер­ вого полупериода колебательного процесса.

Выражение мгновенных значений напряжения на ком­ мутирующем .конденсаторе может быть найдено интегри­ рованием (9-23)

199