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

Это обусловлено тем, что ток прерывателя П (дио­ да ДО) протекает тогда, когда напряжение на нем рав­ но нулю (проводящее состояние), а напряжение прило­ жено тогда, когда ток равен нулю (непроводящее со­ стояние).

В качестве примера рассмотрим составление расчет­ ной схемы замещения для одного из вариантов импульс­ ного преобразователя с выходным индуктивно-емкост­ ным фильтром ЦСй (рис. 1-15,а). В этой схеме средние напряжения, приложенные к прерывателю П и диоду ДО в соответствующих интервалах времени, одинаковы

в)

Рис. 1-15. Пример составления расчетной схемы за­ мещения для определения средних значений токов и напряжений.

а — исходная схема импульсного преобразователя с выход­ ным индуктивно-емкостным фильтром; б — упрощенные диа­ граммы токов и напряжений прерывателя П и диода Д0\ в — расчетная схема замещения для средних значений токов и напряжений.

27

(Uno— U^o) и равны среднему значению входного напря­ жения импульсного преобразователя U. Токи Лю и /до также одинаковы и равны среднему значению тока дрос­ селя Lо (рис. 1-15,6). На основе положений о том, что средние значения напряжений дросселей L, Л0, Лд и то­ ков конденсаторов С, Со равны нулю, схема на рис. 1-15,а может быть приведена к схеме замещения на рис. 1-15,е,

где согласно (1-25), (1-27)

Из схемы замещения (рис. 1-15,в) следует, что Іъо=/о

и / = / п, а с учетом (1-21) —(1-24)

На основе подобных схем замещения при помощи законов Кирхгофа может быть относительно просто определен ряд основных характеристик импульсных преобразователей и исследовано влияние омических со­ противлений в разных ветвях схем импульсных преобра­ зователей (гл. 2—7). Эти схемы позволяют также до­ статочно просто определить начальные и конечные сред­ ние значения токов и напряжений для переходного процесса, например при скачкообразном изменении ве­ личины входной э. д. с. Е , противо-э. д. с. двигателя До (при коротком замыкании или резком изменении на­ грузки) или коэффициента заполнения у.

1-4. МЕТОД ПРИБЛИЖЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ ТОКОВ

И НАПРЯЖЕНИЙ

Для приближенного определения пульсаций токов и на­ пряжений в импульсных преобразователях и, следова­ тельно, расчета и выбора накопительных элементов (конденсаторов и дросселей) по допустимым значениям этих пульсаций во многих практических задачах может

28

быть использован метод, который далее условно назван

методом эквивалентного интеграла. Сущность этого ме­ тода заключается в том, что при определении пульсаций тока дросселей (напря­ жения на конденсаторах)

определенным образом аппроксимируется их на­ пряжение (ток).

Для пояснения этого метода анализа рассмо­ трим пульсации тока и напряжения в элементах выходного фильтра в схе­ ме рис. 1-15,а.

Если пренебречь пуль­ сациями входного напря­ жения и выходного тока, т. е. при u = U и /0= /о (и, следовательно, u0=U0), то в схеме на рис. 1-15 к дросселю выходного филь­ тра L0 в промежутке вре­ мени уТ (когда прерыва­ тель П находится в про­ водящем состоянии) в контуре U—Л—Lo—Uо— U действует положи­ тельное напряжение U— Uo, а в интервале вре­ мени (1—у)Т, когда ток проводит диод ДО в кон­ туре Uo-^Lo—ДО— C/o, — отрицательное напряже­ ние U0 (рис. 1-16,а). Сле­ довательно, в интервале времени уТ действитель­ но уравнение

29

ной величиной и поэтому может быть заменена отноше­ нием AIlq/\T.

В силу этого пульсации тока дросселя Lo (рис. 1-16,6)

а необходимая величина индуктивности этого дросселя найдена как

(рис. 1-15,а) ток конденсатора представляет собой раз­ ность тока нагрузки и тока дросселя

и, следовательно, имеет форму, показанную на рис. 1-16,в. Разряд конденсатора С0, т. е. уменьшение его напря­

и этому соответствует изменение напряжения конденса­ тора

30

Такой же результат можно получить, если осущест­ вить разряд конденсатора С0 неизменным током Д/х.о/4

Производная напряжения конденсатора в последнем уравнении является постоянной величиной и поэтому может быть заменена отношением Д^со/(Т/2). Следо­ вательно,

ДѴг

U lot

'со— 8 С о

Возможность замены фактического тока разряда /со эквивалентным током Д/со/4 обусловлена равенством их интегралов за интервал времени Т/2

Г12 772 ^ UC0mm

Поэтому для обозначения данного способа аппрокси­ мации далее использовано название «метод эквивалент­ ного интеграла».

Графически это соответствует замене площади 1— 2—3 на рис. 1-16,в, равной площадью 1—4—5—3.

С учетом (1-36) выражение (1-43) может быть далее представлено как

а необходимая величина произведения LoCo по задан­ ному значению допустимых пульсаций напряжения кон­ денсатора определена как

Как показано ниже (гл. 2), подобным образом спо­ соб равной площади (рис. 1-16,б) может быть исполь­ зован также для аппроксимации напряжений дросселей и, следовательно,.определения пульсаций тока в них.

31

1-5. ХАРАКТЕРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИМПУЛЬСНЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

При анализе и сравнении схем импульсных преобразо­ вателей целесообразно использовать ряд расчетных па­ раметров.

К таким параметрам относятся:

эквивалентное расчетное сопротивление нагрузки

где U— среднее значение входного напряжения преоб­ разователя; /о — среднее значение тока нагрузки;

расчетные постоянные времени цепей индуктивности и емкости входного фильтра

расчетные постоянные времени цепей индуктивности и емкости выходного фильтра и индуктивности нагрузки (например, двигателей)

Для сравнения разных способов импульсного регу­ лирования выходного напряженияпреобразователей с учетом реальных параметров прерывателей, как пока­ зано ниже, может быть использовано отношение

где Яадоп—минимальная продолжительностьпроводя­ щего состояния прерывателя (которая может быть обес­ печена данным прерывателем); Гдоп— минимальный до­ пустимый период работы прерывателя, зависящий от допустимой максимальной частоты работы применяемых тиристоров и других элементов преобразователя,

32

Глава в т о р а я

И М П У Л Ь С Н Ы Е П Р Е О Б Р А З О В А Т Е Л И С П О Н И Ж Е Н Н Ы М В Ы Х О Д Н Ы М Н А П Р Я Ж Е Н И Е М И С В Ы Х О Д Н О Й С Г Л А Ж И В А Ю Щ Е Й И Н Д У К Т И В Н О С Т Ь Ю

Импульсные преобразователи с выходной сглаживаю­ щей индуктивностью и прерывистым выходным напря­ жением представляют собой наиболее распространенный вид импульсных преобразователей постоянного тока. Среднее значение их выходного напряжения может быть плавно изменено от определенной минимальной ве­ личины до величины входного напряжения. Принципи-

ние, индуктивность и мгновенное значение тока цепи

ДО — диод разряда; и, ио— мгновенные значения вход­ ного и выходного напряжения прерывателя.

2-1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Основными характеристиками регулирования им­ пульсного преобразователя можно считать зависимости средних значений токов и напряжений от коэффициента заполнения импульсного цикла у. Эти зависимости могут быть определены по расчетной схеме замещения для средних значений токов и напряжений.

На основе сформулированных выше (§ 1-3) основ­ ных положений принципиальная схема на рис. 2-1,а может быть приведена к схеме замещения на рис. 2-1,6, которая имеет такой же вид, как схема на рис. 1-15,в. Поэтому для нее действительны также полученные в § 1-3 выражения эквивалентных расчетных сопротив­

жет быть получен ряд выражений, которые позволяют определить средние значения токов и напряжений по известным величинам э. д. с. источника питания Е и то­ ка нагрузки Іо. Эти выражения сведены в табл. 2-1, в которой также приведены формулы для частных слу­ чаев y = 0; 0,5; 1,0; R —0; Ro= Q; R —R0 = 0.

Если обозначить падение напряжения на сопротив­

и максимальное значение падения напряжения на со­ противлении источника питания R (которое имеет место при у= I, когда / = / 0) через

и принять в качестве базисных ток нагрузки /о и э. д. с. источника Е, то выражения табл. 2-1 в относительных единицах могут быть представлены в следующем виде:,

34

Если от одного источника питания с сопротивлением# питаются несколько параллельных цепей с двигателями (как это имеет место, например, на электроподвижном составе), то падение напряжения Umu увеличивается в т раз, где т — число параллельных цепей двигателей. Поэтому в некоторых случаях влияние падения напря­

езда типа ЭР-2А6. Расчет этих характеристик проведен в абсолютных единицах по выражениям табл. 2-1 с уче­ том т —6 параллельных цепей тяговых двигателей (по две цепи на каждом из трех моторных вагонов шести­ вагонного поезда). Напряжение холостого хода тяговой аккумуляторной батареи принято £ = 2 500 В, омическое сопротивление батареи #= 1,1 Ом, пусковой ток тяговых двигателей /о=200 А и омическое сопротивление двух последовательно включенных тяговых двигателей типа УРТ-110А #о = 0,832 Ом. Из этих характеристик следует, что напряжение U0, приложенное к двум последователь­ но соединенным тяговым двигателям (с номинальным напряжением 1 500 В каждый), из-за значительного

36