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

цессу запирания рассмотренного однофазного прерыва­ теля в интервалах 4 и 5 (см. рис. 9-1). Здесь ток и на­ пряжение конденсатора также являются соответственно синусоидальной и косинусоидальной функциями вре­ мени

где

Y L / C

а продолжительность интервалов в соответствии с (9-9), (9-12) может быть определена как

где Т0 = 2п ]/ТС.

Напряжение на конденсаторе в конце интервала 4, так лее как по (9-11), может быть найдено после под­ становки в (9-67) t = T0/A-\-,hJ2

Поэтому индуктивность L должна быть выбрана со­ гласно условию

Емкость коммутирующего конденсатора С необходи­ мо выбрать такой, чтобы продолжительность интервала 4 была больше времени восстановления запирающих свойств тиристоров, т. е. А*>Азап-

Если напряжение на конденсаторе в конце интервала 4 меньше входного напряжения, т. е. U c k i < ‘U , т о далее следует интервал 5, в течение которого конденсатор по цепи C—L— ТЗ—Я— ОВ— и —

6. Интервал 5 аналогичен ин­ тервалу 6 однофазного преры­ вателя (рис. 9-1), и поэтому его продолжительность может быть выражена по аналогии с (9-15) как

№

и

Учитывая, что в начале интервала 6, при / = 0 ток конденсатора равен /0, а напряжение uc = U, можно опре­ делить постоянные интегрирования

тельность последующего интервала 5 согласно (9-73)

в нем возникает ток и начинается интервал б, для кото­

при /= 0 и г'с = /о напряжение на конденсаторе «с = ПсК4Подставляя эти начальные условия в (9-76) и (9-77), можно определить постоянные интегрирования

213

Из (9-86) и (9-84), в частности, следует, что, с уве­ личением приращения напряжения в интервале 4 AU'c — UcKk— U продолжительность интервала 6 умень­ шается.

В этом случае напряжение на коммутирующем кон­ денсаторе в конце интервала 6 может быть найдено по (9-76) после подстановки постоянных интегрирования, полученных из (9-84) и (9-85) и t —l Gиз (9-86). Следо­ вательно,

В интервале 6 приложенное к тиристору Т1 прямое напряжение согласно уравнению по контуру U—Li—

Т1—ТЗ—Д — U (рис. 9-5) равно:

Производная тока ід в этом интервале отрицательна, и напряжение иті увеличивается. Однако это увеличе­ ние меньше, чем увеличение напряжения на конденсато­ ре, которому способствует наличие индуктивности L

Uc= U—(Li + L) dic/dt.

ющим образом. До начала интервала 1, когда конденса­

(в интервалах 1 и 2) это напряжение по новому конту­ ру С—L —ТЗ—Т4—С увеличивается до UgM. После отпи­ рания тиристора Т2, когда в интервалах 3 и 4 происхо­ дит перезаряд конденсатора по контуру С—L—Д1—

214

напряжение к Т4 прикладывается одновременно с появ­ лением прямого напряжения на 77 (в начале интервала 5), когда ввиду окончания протекания тока через диод ДІ «размыкается» контур короткого замыкания зажи­

через 72 имеет потенциал узла б, а катод Т4 через от­ крытый ТЗ соединен с узлом а. Поэтому для ограниче­ ния скорости нарастания напряжения на 77 и Т4 может быть установлена только одна гС-цепь, например па­ раллельно 77, как показано на рис. 9-5. Это относится также к тиристорам 72 и ТЗ,

В интервале 5 прямое напряжение на Т4 увеличива­ ется так же, как ис, а в интервале 6 к Т4 приложено напряжение

Нт4=: У-с-Ь LclidcH,

где dicldl<0.

После интервала 6 к тиристору ТЗ по контуру Д — ТЗ—L-—С—Д2—Li—U—Д приложено обратное напря­

э. д. с. самоиндукции обмоток цепи двигателя, замыка­ ется через шунтирующий диод Д. Со сдвигом на поло­ вину периода импульсного цикла происходит отпирание тиристоров второй фазы 72, Т4. Коммутационные про­ цессы при их отпирании и запирании аналогичны рас­ смотренным .выше, и для их описания могут быть исполь­ зованы полученные выражения.

Минимально возможная продолжительность импуль­ са выходного напряжения одной фазы при 7,2=0 равна:

215

Как уже было отмечено, индуктивности L и Li долМ<" ны 'быть выбраны с учетом условий (9-65) и (9-72), а емкость С — по (9-68). Выражение (9-68) после под­ становки значения напряжения ІІсм согласно (9-83) может быть преобразовано

С другой стороны, L, Li и С должны быть выбраны такими, чтобы напряжение на конденсаторе в конце интервала 4 не превысило величину входного напряже­ ния, т. е. UcKi^U. В противном случае напряжение на конденсаторе может возрастать от цикла к циклу.

Это условие согласно (9-66) и (9-67) может быть представлено в виде двух выражений

Разделив (9-91) на (9-92), получим:

а) Учет затухания колебательного процесса

С учетом активного сопротивления контура перезаряда С—L—Д1—Т2— С (рис. 9-5), как и в рассмотренных

216

ниями (9-23) и (9-25), где вместо Дсм(і) следует подста­ вить Uсм- Амплитудное значение тока конденсатора /см можно найти по (9-28), а величину напряжения конден­ сатора в конце интервала 4— по (9-25) после подста­ новки t = T0f4+Xj2 (т. е. act = n/2 + uchJ2). Следова­ тельно,

б) Скорость нарастания напряжения на тиристорах

Для определения скорости нарастания напряжения на тиристорах 77 (Т2) в конце интервала 4 по контуру С—Д2—Гі—Сі—L —С (рис. 9-5) может быть составлена такая же расчетная схема, как и для рассмотренных од­ нофазных прерывателей (рис. 9-3) с учетом замены /7Ск5 на UсК4- Поэтому для выбора элементов цепи г—С в двухфазной схеме могут быть использованы все полу­ ченные ранее выражения (9-43) —(9-60). Процесс нара­ стания прямого напряжения на тиристорах ТЗ(Т4) происходит так же, как на тиристорах ТҢТ2). Для выбора элементов цепи Гз—Сз, ограничивающих ско­ рость нарастания напряжения на диоде Д при отпирании 77 и ТЗ (или Т2 и 77), по контуру U—Li—77—ТЗ—г3—

—С3—U (рис. 9-5) также может быть составлена расчет­ ная схема, аналогичная рис. 9-3, с параметрами U, г3, С3 и Li и использованы указанные выражения.

9-3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРЕРЫВАТЕЛЯ

Для расчета и выбора основных элементов тиристорных прерывате­ лей должны быть заданы следующие исходные параметры: входное напряжение U, ток нагрузки /о, допустимая скорость нарастания тока

тиристоров (4іт/Ц/)доп, время восстановления запирающих свойств тиристоров (в нагретом состоянии при обратном напряжении, равном нулю) Loan, индуктивность цепи, соединяющей прерыватель с вход­ ным фильтром, Lax, активное сопротивление контура перезаряда ком­ мутирующего конденсатора г.

а) Определение параметров однофазного прерывателя

Для определения основных параметров рассмотренных однофаз­ ных двухоперационных прерывателей (рис. 9-1,q и б) может быть

2 1 7

использован следующий порядок расчета:

1. Согласно (9-2) определяется величина индуктивности контура перезаряда.

2. По условию (9-9) (А,5 ^ Х зап) производится предварительный

выбор емкости коммутирующего конденсатора.

3.По (9-40) определяется напряжение на конденсаторе по окон­ чании коммутационных процессов С/Сщ\).

4.Согласно (9-29) с учетом (9-22) определяется амплитуда тока

(9-54) и выражения (9-53), (9-52), (9-27). Максимальное напряжение £7тімпкс, приложенное к тиристору 77, может быть найдено по (9-55), (9-58), (9-27). Мощность выбранных резисторов гу определяется по

(9-60).

Если для ограничения скорости нарастания напряжения на тири­ сторе Т2 используется дроссель насыщения Д Н (рис. 9-4), то вели­ чина необходимой емкости €■• может быть найдена по (9-61), а пара­ метры дросселя Д Н выбраны по (9-62). Величину г2 при этом следует

выбирать только из соображений допустимого всплеска тока при раз­

гласно (9-36). Шунтирующие диоды Д должны быть рассчитаны на

тельную работу прерывателя при любом коэффициенте заполнения.

2"

о

^ ^1+^5

^4

Основные параметры одиооперационных прерывателей (рис. 8-1,и и к) могут быть определены так же, как для двухоперационных. Рас­

чет при этом несколько упрощается, так как величина напряжения на конденсаторе в начале коммутационных процесов может быть примята равной входному напряжению, т. е.

218

б) Определение параметров двухфазного прерывателя

Для расчета и выбора основных параметров рассмотренного двух­ фазного прерывателя (рис. 9-5) может быть предложен следующий порядок расчета:

1.По (9-65) определяется индуктивность L,.

2.Индуктивность L принимается /.= (1,2-=- 1,3)Д .

3.Согласно условию (9-90), т. е. ' К^ Х а а ч , выбирается предвари­

тельно емкость С коммутирующего конденсатора.

4.С учетом затухания по (9-28) определяется /см .

ния Птімпис, которое при этом прикладывается к тиристорам, также может быть найдена по (9-55) и (9-58).

к диодам Д, как показано на рис. 9-7, не превышает входного на­

^зЧ"7.|

/ді(дг) = "т^- j" / CMsincöc/7cü/,

где /см можно найти по (9-28), а А/. и Я3 соответственно по (9-68)

и(9-69).

Гл а в а д е с я т а я

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И КОНСТРУКЦИИ

ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ МОЩ НОСТЬЮ

900— 1 500 кВТ

Одной из наиболее перспективных областей применения импульсных преобразователей постоянного тока является электроподвижной со­ став пригородного, городского и промышленного транспорта.

При импульсном регулировании напряжения тяговых двигателей постоянного тока можно сэкономить часть электроэнергии, которая бесполезно расходуется в пусковых реостатах, а также создать ряд

219

новых, более совершенных систем автоматического регулирования процессов тяги и торможения, а частности систем, которые поддер­ живают на тяговых двигателях оптимальное напряжение независимо от величины и колебаний напряжения источника питания.

Весьма существенным достоинством систем импульсного регули­ рования напряжения тяговых двигателей можно считать также то, что импульсные преобразователи позволяют реализовать рекуператив­ ное торможение практически до полной остановки, т. е. на низких скоростях, когда э. д. с. двигателей меньше напряжения приемника энергии. Кроме того, при использовании импульсных преобразовате­ лей релейно-контакторная аппаратура ступенчатого регулирования силы тяги и торможения заменяется системой непрерывного автома­ тического регулирования на основе современных полупроводниковых приборов и других бесконтактных аппаратов.

Поэтому применение импульсных преобразователей можно счи­ тать новым и весьма перспективным этапом развития системы элек­ трической тяги на постоянном токе.

В силу этого как в СССР, так и за границей ведутся интенсив­ ные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию тиристорных импульсных преобразователей для электротранспортных средств постоянного тока.

Врезультате проведенных в МЭИ исследований Тбилисским

электровозостроительным заводом построен опытный электровоз ВЛ8В-001 с тиристорным импульсным преобразователем для безреостатного пуска [Л. 79]. На кафедре электрического транспорта МЭИ созданы также опытные троллейбус и трамвай с системами безреостатного пуска и рекуперативного торможения [Л. 43]. Испытания троллейбуса, в частности, показали, что при помощи импульсных пре­ образователей можно сэкономить до 30% электроэнергии. Тиристор­ ный импульсный преобразователь для универсального электроподвиж­ ного состава переменного и постоянного тока создан в ЦНИИ МПС [Л. 90]. В МИИТ разработан тиристорный импульсный преобразова­ тель для безреостатного пуска вагонов метрополитена [Л. 93]. Успеш­ ные исследовательские работы по созданию импульсных преобразова­ телей для маневровых и промышленных электровозов ведутся также в ДИИТ и ЛИИЖТ [Л. 30, 63, 7.1, 83].

После появления тиристоров работы по созданию импульсных

пример, в ФРГ опытные тиристорные импульсные преобразователи установлены на ряде промышленных электровозов небольшой мощно­ сти и аккумуляторном электровагоне [Л. 107, 108, 130, 131, 136]. Английская Ассоциация электротехнической промышленности изгото­ вила импульсный преобразователь на напряжение 1 500 В для опыт­ ного моторного вагона нидерландских железных дорог [Л. 121]. В Япо­ нии создана система импульсного регулирования моторвагонных поез­

по созданию импульсных преобразователей для пригородных электро­ поездов выполнен при участии автора совместно с Прибалтийской железной дорогой и Таллинским электротехническим заводом [Л. 15, 19, 58, 41]. В результате этих работ в период с 1965 по 1970 гг. со­ зданы тиристорные импульсные преобразователи (ТИП) мощностью 900— 1 500 кВт на напряжение 3 000 В для электропоездов типа С3Р-А6М, ЭР-2 и ЭР-22..

2 2 0