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

Эквивалентный ток конденсатора і'сэ становится райныы току «агрузки /0 при t = Tc/4 + W2 и, следовательно, согласно (9-30)

Отсюда можно выразить продолжительность интер­ вала 5, в течение которого главные тиристоры Т1 восста­

Амплитуда тока /см(2) и угловая частота сос для этого выражения определяются по (9-29) и (9-22).

При выборе емкости коммутирующего конденсатора в выражениях (9-22), (9-29), (9-32) необходимо подста­ вить такую величину С, которая обеспечивает условие Необходимая величина L в (9-22) и (9-29), как и в предыдущем случае, приближенно может быть вы­

брана по условию (9-2), так как скорость нарастания затухающего тока конденсатора меньше, чем при незату­ хающих колебаниях. Если можно пренебречь влиянием входной индуктивности (учет этой индуктивности пока­ зан ниже), то требуемую в (9-29) величину іісщі) можно

ta по (9-32), Хе по (9-15) и С/ С к5 согласно (9-27).

б) Учет влияния входной индуктивности

Как показывают экспериментальные исследования, при анализе коммутационных процессов во многих практи­ ческих случаях необходимо учесть также влияние индук­ тивности проводов, соединяющих прерыватель е входным фильтром, которая может составить несколько десятков микрогенри (в схемах на рис. 9-1,а, б эта индуктив­ ность обозначена LBX). При наличии этой индуктивности спадание тока в цепи U—LBX—С—Т2 и возрастание тока

201

Е диоде Д в конце интервала 6 не происходит мгновен­ но и конденсатор С заряжается до более высокого на­ пряжения, чем U.

Как известно [Л. 28], приращение напряжения на кон­ денсаторе AUc 'без учета активного сопротивления мо­ жет быть определено по 'формуле

а продолжительность интервала 7, в течение которого происходит этот процесс, по формуле

После заряда конденсатора до напряжения U+AUc следует интервал 8, в течение которого конденсатор ча­ стично разряжается до напряжения U—AUc по цепи С—U—Д —Д2—С. Продолжительность этого интервала

Минимальная продолжительность импульса выходно­ го напряжения ?ъаміш определяется, как показано выше

а скорость нарастания тока во вспомогательных тиристо­ рах на интервале 4

202

в) Скорость нарастания напряжения на главных и вспомогательных тиристорах

Как показано «а рис. 9-1,0, к славному тиристору 77 в конце интервала 5 скачкообразно прикладывается пря­ мое напряжение Uc-къ- Для ограничения скорости нара­ стания этого напряжения параллельно тиристору 77

ставлена расчетная схема, показанная на рис. 9-3. Кроме того, для этого расчета е достаточной степенью точности можно принять, что напряжение на конденсаторе Сі в начале процесса равно нулю, а напряжение на комму­ тирующем конденсаторе С в кратковременном процессе нарастания напряжения иті остается неизменным и рав­

а вторая производная после некоторых преобразований

203*

Напряжение на тиристоре 77 согласно расчетной схеме на рис. 9-3 может быть выражено как

В общем случае при г4^=0 максимальную скорость нарастания напряжения нті можно найти, исследуя функцию (9-47) на максимум, т. е. определяя вторую производную ит1 и приравнивая ее нулю.

Вторая производная напряжения на главном тири­ сторе после некоторых преобразований может быть най­ дена в виде

* 204

Максимальное значение скорости нарастания напря­ жения на тиристоре 77, таким образом, равно:

Величины Гі и Сі должны быть выбраны такими, чтобы максимальная скорость нарастания напряжения, определенная из данного выражения, получилась бы ■меньше максимально допустимой

где /мі — момент времени, при котором напряжение на гиристоре 77 достигает амплитудного значения.

Величина tMl может быть найдена, если приравнять

(9-47) нулю:

ШС1 ®і/И01

Следовательно,

28,

*«. = — f « - a r c t g T 2 (9-58) ®01 — O|/t0c,

При выборе Г\ и Сі обычно задаются допустимой ве­ личиной напряжения на главных тиристорах С/тідоа и ■принимают такие их значения, при которых выполнено условие

205

Кроме того, сопротивление /ц необходимо выбрать достаточно большим, чтобы ограничить амплитуду тока через тиристоры при их отпирании, когда конденсатор Сі разряжается через сопротивление л и тиристоры, проводящие в прямом направлении. Величина этой амплитуды приближенно может быть оценена отноше­ нием напряжения конденсатора Сі (которое может быть

зистора, как показано в [Л. 12], может быть определена согласно выражению

Необходимо также отметить, что характер начально­ го этапа процесса восстановления прямого напряжения на тиристоре 77 зависит от величины и продолжитель­ ности обратного тока в диоде Д1 (рис. 9-3). Поэтому в ряде случаев имеет место некоторый скачок напряже­ ния «ті при более высокой скорости нарастания. Это обусловлено тем, что при наличии обратного тока в дио­ де Д1 цепь Гі — С1 оказывается шунтированной и нара­ стание тока определяется, в основном, напряжением Нск5 и индуктивностью L. К моменту «запирания» дио­ да Д1 ток іі уже достигает определенного значения и . поэтому возникает скачок напряжения на гі.

Аналитический расчет этого явления затруднен, так как процесс зависит от условий восстановления запира­ ющих свойств диода Д1, однако, как показывают экспе­

нен, если г1 шунтировать диодом. Однако при этом, как

ды и скорости на^эастания напряжения на тиристорах могут быть использованы также дроссели насыщения. Этот способ показан применительно к вспомогательным тиристорам Т2 (рис. 9-4,а).

206

После первого перезаряда коммутирующего конден­ сатора С по цепи С—Т1—L—Д Н —Д2— С в конце интер­ вала 2 (рис. 9-l,ß и 9-2) к вспомогательному тиристору Т2 по цепи С—Д2'—С2—Д Н —L—Д1— С прикладывает^ ся прямое напряжение. Если принять, что дроссель насыщения ДН перемагничивается постоянным по величине током /к (период собственных колебаний кон-

б)

тура LC обычно значительно больше промежутка вре­ мени, в течение которого происходит насыщение ДН), то скорость нарастания напряжения на вспомогатель­ ном тиристоре Т2 может быть приближенно определена по расчетной схеме на рис. 9-4,6 из выражения

как

207

Ток перемагничения /к для этого выражения может Аыть найден как

ДН целесообразно включить именно по схеме, показан­ ной на рис. 9-4,а, так как включение ДН последователь­ но с контуром Т2—Д2 приводит к скачкообразному воз­ растанию обратного напряжения на диоде Д при отпи­ рании 77. В этом случае после отпирания 77 напряже­ ние конденсатора приложено к ДН и, если принять, что перемагничивание ДН осуществляется постоянным по величине током 7К, то напряжение на дросселе переза­ ряда L равно нулю и к диоду Д приложено входное на­ пряжение U по цепи U—77—L—Д—U. Включение дрос­ селя насыщения последовательно с контуром 77— Д1 также нежелательно, так как при этом в процессе перемагничивания ДН после отпирания Т2 к нагрузке при­ кладывается сумма входного напряжения и напряжения конденсатора С. В этом случае также можно считать, что напряжение на дросселе L равно нулю и поэтому по цепи U — С — Т2 — L — Я — OB — U к нагрузке Я — OB приложено U+Ucxa).

Однако, несмотря на это, в высоковольтных и высо­ кочастотных прерывателях с тиристорами, допускающи­ ми du/dt не более 100 В/мкс, для ограничения скорости нарастания напряжения на главных тиристорах прихо­ дится -включить дроссель насыщения также в цепи по­ следовательно в контуром 77—Д1. Это необходимо потому, что ограничение скорости нарастания напряже­ ния на Г/ только цепочкой rtCi приводит к необходи­ мости установить конденсатор относительно большой емкости С{ и, следовательно, резистор г{ значительной мощности. Коммутационные процессы в таком прерыва­ теле рассмотрены в [Л. 23].

9-2. КОММУТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ДВУХФАЗНОМ

ДВУХОПЕРАЦИОННОМ ПРЕРЫВАТЕЛЕ

Пренебрегая пульсациями входного напряжения и и выходного тока і0, коммутационные процессы в рассмат­ риваемом двухфазном двухоперационном прерывателе

208

(рис. 9-5) можно охарактеризовать диаграммами токбВ и напряжении, приведенными на рис. 9-6. Эти диаграм­ мы составлены на основе аналитических исследований

ипроверены экспериментально [Л. 28]. При отпирании

изапирании тиристоров одной параллельной цепи (фа­ зы) можно выделить шесть характерных интервалов времени. Рассмотрим подробно коммутационные про­ цессы при отпирании и запирании тиристоров Т1 и ТЗ.

Рис. 9-5. Принципиальная схема двухфазного двухоперациопного прерывателя.

В интервале 1 после отпирания тиристоров Т1 и ТЗ входное напряжение U приложено к входной индуктив­ ности Li и, следовательно, ток в ней прямо пропорцио­ нален времени

В конце этого интервала ток тиристоров Т1, ТЗ до­ стигает величины тока нагрузки /0, а ток в шунтирую­ щем диоде Д уменьшается до нуля. Следовательно, продолжительность этого интервала равна:

Индуктивность Li должна быть выбрана из условия

Продолжительность интервала 2, в течение которой} через тиристоры Т1 и ТЗ протекает ток нагрузки, опре­ деляется системой управления. Интервал 3 начинается после отпирания «гасящего» тиристора Т2 второй фазы. При этом начинается перезаряд коммутирующего кон­ денсатора по контуру С — L — Т Ң Д 1 ) — Т2— С.

По своему характеру коммутационный .процесс двух­ фазного прерывателя в интервала 3 и 4 аналогичен про-

Рис. 9-6. Упрощенные диаграммы токов и напряжений в двухфазном прерывателе (рис. 9-5).

210