Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Электроприводы с полупроводниковым управлением. Тиристорные усилители в схемах электропривода

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

20.11.2023

Размер:

5.66 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 106 7 8 9 10 > Следующая >>>

Приведенные выше соотношения Для определения критической емкости получены в предположении, что противо-э. д. с нагрузки равна нулю. При наличии положительной противо-э. д. с. величи на тока нагрузки при прочих равных условиях уменьшается. По этому если величина емкости установлена для случая пассивной нагрузки (£н=0), то условия запирания тиристора будут заведомо выполняться и при любом положительном значении противо-э. д. с. Иначе -говоря, если величина емкости удовлетворяет условию запи рания тиристора при работе усилителя на якорь заторможенного двигателя, т. е. в режиме пуска (#н, LH— сопротивление и индук тивность якоря, / н.макс — пусковой ток двигателя), то это условие будет заведомо выполняться и для вращающейся машины, работаю

щей в двигательном	режиме.
Когда двигатель работает в генераторном или тормозном режи
мах, э. д. с. Ен на рис. 22 будет отрицательной		(£н<0,	«согласная»
э. д. с.). При этом	величина тока нагрузки в	конце	полупериода
в режиме максимальной отдачи (а=0) определяется			уравнением
• / ч	Е ”		(69)
,п(п) = ж;			(69)

(1 + х 2) th
где
Ей	(70)
	(70)

—относительная величина э. д. с. нагрузки.

Врезультате условие запирания (57) принимает вид:

	р	•и	е	(71)
	р	( l + x 2)th ( - £ - )	е	(71)
(1 - и *		( l + x 2)th ( - £ - )
При достаточно	малых значениях	сопротивления R (р	1) получаем:
	1	е
С„ = (oRH		е		(72)
	( ! + ' * ) th ( I T )
Если т > 2 ^ 3,	то
	С			(73)

Таким образом, наличие емкости позволяет обеспечить запира ние тиристора, т. е. сохранить управляемость усилителя и в слу чае согласной э. д. с. нагрузки.

Рассмотрим теперь характер изменения переменных в стацио нарном режиме работы для общего случая нагрузки на активно индуктивное сопротивление и противо-э. д. с. при некотором проме

* Уравнение (69) справедливо только для е>0, т. е . для случая согласной э. д. с.

жуточном значении угла открытия; собтветстйующйе временные диаграммы приведены на рис. 24.

В момент 0 = а сигнал управления /у открывает вентиль и через него протекает импульс тока ^а.макс —~^'с.макс +*‘н(а), величина которого ограничивается сопротивлением R и (или) выходным сопротивлением источника питания.

а )		0
Рис. 24. Временные диаграммы для схемы рис. 22.
В интервале проводимости		а <	0 < Р тиристор открыт (иа = 0)
и, следовательно, имеют место уравнения:
coLH^	+ iH/?H =		Em sin 0 — Еп,	(74)
			duc	(75)
■E m sin 0 — (ORC ^g- == Ern sin 0;
lc	duc		(OCEm COS 0 .	(76)
	— WC	^

В дальнейшем будем полагать, что сопротивление R достаточно мало (р < 1); в этом случае справедливы приближенные равенства (75), (76).

Р е ш е н и е ( 7 4 ) п р и н а ч а л ь н о м у с л о в и и б = а , / н = / н ( а ) д а е т ё л ё » д у ю щ и й з а к о н и з м е н е н и я т о к а н а г р у з к и в и н т е р в а л е п р о в о д и м о с т и

	Е т Г s*n ®— z cos ®			•]+
	<-н (0)==я 7 [	Г+Х5
+	а —	х c o s	а	(77)
	1 +	х2

Запирание тиристора происходит в момент времени 0 = р, когда емкостный ток по абсолютной величине становится равным току на грузки; в результате согласно (76) получаем:

/н (р) =		— ic (р) ^ — соСЕт cos р.							(78)
Напряжение на нагрузке к моменту запирания равно:
	a H ( p ) =			£ m s i i i p ^ t f c (Р ) .					( 7 9 )
В интервале	р <10 <		« +	а вентиль		закрыт (/а =		0);	при этом
ток нагрузки замыкается		через емкость				(гн = — ic) и		определяется
уравнением
i*Rn -f- <oLH				соС ^		“	— Ей.		(80)
Для напряжения на		нагрузке,			равного		при R = 0	напряжению
на емкости (ик — ис) получаем:
	d2uc			,	diif. .				(81)
	(02LHC	^Q2		wRuC _^0		Uc == Еп.			(81)
Решение (80), (81) при начальных условиях (78), (79) дает закон
изменения тока и напряжения на нагрузке							при закрытом вентиле:
ап = ис =			Еп + Ае		2х sin (£о0 + х);				(82)
in = (oCAe	2х £-7^		sin (&о0 -f х) — £0cos(&09 +					x j ,	<83)
где						Р
						Р
						2*
				(sin р — е) е‘
				sin (£0Р +		х)
	t g (*о Р +		х ) =	1	k0				(84)
	t g (*о Р +		х ) =		COS				(84)
					COS
				2х	sin В— е
									(85)

5 3

Решение	(80), (t8l) имеет колебательный характер	(82), (83)
в том случае,	когда собственная частота .контура (85)	является

действительным числом. Покажем, что данное условие всегда вы полняется, если величина емкости удовлетворяет условию запира ния тиристора. Подставляя в (85) значение критической емкости из (66), получаем:

k' - 2 - k Y J - '- k V «*>

т. е. собственная частота контура определяется только постоянной времени нагрузки. Поскольку при любом значении т>0 справедливо

неравенство
4 ( i + * 2)th
то величина		со0	всегда	является
действительным			числом.	Зависи
мость k0 в		функции т (построена
на рис.	25.		уравнения		опре
Полученные
деляют	закон изменения			перемен
ных при открытом и закрытом ти
ристоре	и справедливы			как	для
Рис. 25. Зависимость kQв функции т. переходных,		так	и для	стацио
нарного	режимов работы схемы.
При	расчете		переходного про

цесса, вызванного изменением угла отпирания а, необходимо знать начальное значение тока /н(а); при этом из (уравнений (77) и (78) можно найти величины угла запирания (3 и тока iH(P); Далее из уравнения (83) определяется значение тока tH(a+Jt) и т. д.

В стационарном режиме работы по определению
			М а) ='/н(я+(а).						(87)
При этом угол отпирания однозначно определяет величину угла
запирания. Зависимость			\|3 = \|3(а)	вытекает		из	совместного	решения
уравнений	(77),	(83) и	(87) и	может	быть		представлена	в виде:
						1	1
		[sin Р — X COS Р — (1 +			т2) е] 0 Х —4
			[ JL		<х+р—«
			e ' + i h		e	2Т	х
— [sin а—т cosa — (1+т2) г] У +				—~й~7~ е		2*	(sin 8 — е) sin ktf		__
				RQX					__
		х (sin kffl — 2k^x cos ^oY)]
			= — о cos p,						(88)
где, кроме	ранее	принятых обозначений,					(Р—а)=л;—

5 4

Поскольку k0 зависит				только	от	т	(86),	то	уравнение		(88)
определяет угол запирания				как функцию			\|3 = Р(а,		т,	е).
Соотношение (88) справедливо до тех пор, пока интервал про
водимости		а>0. Критическое значение угла отпирания									а = а к,
при котором		интервал	проводимости			становится				равным	нулю,
определяется		из \ 88),	если принять a= P = iaK,					в	результате		пол)*
чаем:		(sin a „ — е) sin k0n
		(sin a „ — е) sin k0n						-о cos aK.			(89)
								-о cos aK.			(89)
	k	(^е 2т — cos k0n^ -f- 0,5 sin kQn
При	дальнейшем		увеличении		угла		отпирания			P= a, ^= 0 и
Y= я.
Сигнал управления вызывает открывание тиристора лишь при
условии, что		е(а)='Ет sin a >ЕН.
Когда	угол отпирания			достигает значения
		«макс =		arc sin 1=-== arcsine,							(90)
					л-*т

указанное условие перестает выполняться, тиристор остается запер

тым	и,	следовательно, ток	нагрузки становится равным нулю — на
ступает		режим холостого	хода	усилителя. Можно показать,						что
всегда		а Макс>ак. Величина а макс			определяет			верхний предел		ра
бочего		диапазона угла отпирания			(диапазона			управления).		из
	Нижний предел диапазона			упрвления			а Мин		определяется
условия
		е («мин) =	Em sin амжн = ис («мин),							(91)
где	ис (амии) — значение		напряжения			на	емкости,		изменяющегося
в соответствии с (82) при			0 = амин.			Величина		амип является функ

цией т и е и определяется путем совместного решения уравнений (82) и (91).

Если	а < а Ммн,	напряжение	на	емкости	в момент	поступления
сигнала	управления	превышает	напряжение		питания	и,	следова
тельно, тиристор остается запертым до момента времени							0 = а Мин,
когда выполняется		равенство (91)		(см. рис. 24,в). Таким образом,
уменьшение угла отпирания ниже				значения	а Мин уже	не	приводит
к увеличению тока		(напряжения)		нагрузки,	т. е. при	а = а мин на

ступает режим максимальной отдачи усилителя. В результате рабо


чий диапазон изменения угла отпирания					лежит в	пределах		а Мин<
< а < а Макс, где		а Макс соответствует режиму холостого хода							уси
лителя	(/н = 0),	а	а Мин — режиму	максимальной			отдачи	(/н =
~'/н.макс), причем			а Макс является	только функцией			е, а	а Мин —
Т И 8.	нагрузка		представляет собой		обмотку	возбуждения,			то
Если

в большинстве случаев выполняется условие т^>л; при повышен ной частоте питания указанное условие часто оказывается справед ливым и при нагрузке усилителя на якорь двигателя. В этих слу чаях переменной составляющей тока /н можно пренебречь и пола гать, что мгновенное значение тока нагрузки в течение всего перио да равно его среднему значению: in = Iн; соответствующие времен ные диаграммы приведены на рис. 26.

В интервале проводимости а		0 <[ р вентиль открыт	и~напря-
жение на емкости изменяется по линейному закону:
1	о	/ н
	I		(92)
ис = ис (Р) -}-	\ icdft — Em sin Р — \оС ^ — ?)•

Рис. 26. Временнйе диаграммы для схемы рис. 22 при

X= 00.

В рассматриваемом случае (т > л) уравнения (88) и (89), опре деляющие зависимость р = р (а) и величину ак, упрощаются и при нимают вид:

cos а — cos Р +	у sin р — яе	^	«.	( 8 8 а )
----------------г	------L--------	= —тса cos р,		( 8 8 а )
	Y2
Sin <*„				(89а)

5 6

Для минимального значения угла отпирания справедливо соот ношение

sin осмин — sin 0 — (те + амин — 0) cos 0 = 0 ,			(93a)
которое с учетом (88а) позволяет найти		величину а Мин.
Полученные уравнения	(88) — (91)	определяют зависимость
Р= Р(а), а также граничные	значения	угла отпирания	«макс и

(Хмин для стационарного режима работы в функции безразмерных параметров нагрузки т и е. Соответствующие кривые построены на

рис.	27.	найти закон изменения лю
бой	Зная зависимость р= Р(а), можно	найти закон изменения лю
бой	переменной в схеме в функции	угла отпирания. Определим

в первую очередь характеристику вход — выход — зависимость сред

него значения тока

(напряжения)

нагрузки

в функции а.

В интервале

а <

0 < 0

мгновенное

значение тока

нагрузки изме

няется согласпо

(77), а в интервале

0 < 0

+ а — согласно

(83).

При этом

после интегрирования получаем:

и+а

/н =

j" г'н (0) М = ^ r -

<jcos О— cos Р — е (Р — а) 4-

sin 0 — е

Г sin (&0Р +

от sin (60р + у.)

2т

-Ь&О COS (&о0 + х) —

"«г- /

sin [kQ(7С+

а) -(- х]

*« cos [£„(* +

“) +

М)

(94)

^ -----------2^---------- -

) Ij-

Среднее значение напряжения

на нагрузке

независимо от вели

чины LH и С равно:

U* = Е н +

/нЯн.

(95)

При т> тг

уравнение (94) упрощается и принимает вид:

/н =

Е т cos a — cosp + ysinp — яе

(94а)

nRu

1 +2тс«

Поскольку

стационарном

режиме

р= Р(а),

то

уравнения

(94), (95)

однозначно определяют

зависимости

/ н= /н(а) и

£/н —

= £/н(а). Соответствующие кривые в относительных единицах по строены на рис. 27.

Определим теперь зависимость амплитуды прямого Unр.макс и обратного Uобр.макс напряжений на закрытом тиристоре в ста ционарном режиме работы от угла отпирания. Можно показать, что

указанные величины принимают максимальные	значения при
г—►оо; поэтому ограничимся рассмотрением только	этого случая

(* > « )• Как следует из временных диаграмм, приведенных на рис. 26,

максимум прямого напряжения на тиристоре имеет место непосред ственно перед его открыванием, т. е. при 0 = а—0 и определяется равенством

^пр.макс==,А^/с==^с((Х“1“0) —Uc(ct—0) — Em Sin (X—Ue(ct—0),

5 7

5 8

где AUC— «скачок» напряжения на емкости		после	открытия тири
стора *. Величина ис(а—0) =ис(а + л—0)	согласно		(92) равна:
ис (« — 0) = Ет sin f —	(« +	« — Р).

В результате, учитывая ранее принятые обозначения, получаем:

^пр.макс = Ш с = Ет ^sin а — sin : +			Y■* Н Д Н		(96)
^пр.макс = Ш с = Ет ^sin а — sin : +			°Ет	■	(96)
			°Ет	■
Поскольку р=Р(а)	и / н=/н(а),	то уравнение (96)		при	задан
ных параметрах схемы	однозначно	определяет зависимость			AUc =

Рис. 28. Зависимость A Uc и ^обр.макс в Функции угла отпирания.

= А£/С(а); соответствующее семейство кривых построено на рис. 28,а. Как следует из рис. 28,а, наибольшая величина прямого напряже ния на тиристоре имеет место при пассивной нагрузке (е=0) и примерно в 1,5 раза превышает амплитуду напряжения питания.

В мостовой реверсивной схеме (рис. 21,а) величина Uпр.макс, определяемая (96), прикладывается к двум последовательно вклю ченным тиристорам «работающего» (при данной полярности вход ного сигнала) плеча, например к тиристорам Т\ и Т$. Если тири сторы шунтируются выравнивающими сопротивлениями, то к каж дому из тиристоров работающего плеча будет приложено прямое на

пряжение, равное 0,5 f/пр.макс*

Максимальная величина прямого напряжения, приложенного к двум последовательно включенным тиристорам «неработающего» плеча мостовой схемы (например, к тиристорам Ту и Г4), равна

^п р . м а к с ~ Em-\-Е^.

*Заряд емкости после открывания тиристора происходит с ко нечной скоростью, определяемой постоянной времени RC; однако, поскольку принято, что Tc = o>RC <^1, то время заряда мало ПО сравнению с полупериодом частоты питания,

ео

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 106 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги