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

Пульсы сигнала управления открывают тиристоры Т\ и Гг поочеред­ но со сдвигом по фазе на 180°.

Рассмотрим работу схемы вначале при отсутствии обратного диода Д0. В этом случае в зависимости от величин а и т ток на­ грузки может иметь как прерывистый, так и непрерывный характер. Пока интервал проводимости Я=Р—а<180°, схема работает в ре­ жиме прерывистого тока. Характер изменения переменных для это­ го случая изображен на рис. 4,а: ток нагрузки в интервалах прово-

где угол запирания Р определяется так же, как и для однопульсной схемы; соответственно остаются справедливыми кривые на рис. 2 (необходимо лишь удвоить ординаты по оси ин). -При чисто актив­ ной нагрузке (т=0) Р=180° и характеристика вход — выход прини­ мает вид:

По мере уменьшения угла отпирания интервал проводимости уве­ личивается. При некотором граничном значении а = а г интервал про­ водимости Я,= 180° и -схема переходит в режим непрерывного тока. Величина аг является только функцией т и может быть определена по кривым р—Р(а, т) на рис. 2, исходя из уравнения аг= Р —180°. С ростом т величина схг монотонно увеличивается от аг = 0° при

11

t» 0 до аг—90° при t oo; соответствующая кривая построена йа

рис. 5,а.

Характер изменения 'переменных -при а < а г приведен на рис. 4,6. Характеристика вход — выход при « < а г, т. е. в режиме непрерыв­ ного тока, не зависит от величины т и согласно рис. 4,6 опреде­

«90°. .Поэтому в данном случае практический рабочий диапазон из­ менения угла отпирания лежит в пределах O<ia<0O°, т. е. a m = = 90°. Это обстоятельство упрощает построение устройства управле­ ния тиристора (при чисто активной нагрузке 'ат =(Ш0о).

Ф

наличии обратного диода характеристика вход—выход определяется кривой 1 для любого значения т; зависимость тока /о, протекаю­ щего через обратный диод при определяется кривой 6; б — точная (кривая /) и приближенная (кривая 2) зависимости крат­ ности kj изменения тока в схеме рис. 3,6 в- функции постоянной

времени нагрузки. Зависимость граничного угла отпирания аг для

двухпульсрой схемы рис. 3,а (кривая 3) и трехпульсной схемы рис. 9,а (кривая 4).

Семейство характеристик вход—*выход для рассматриваемой схемы при отсутствии обратного диода построено на рис. 5,а.

Максимальное значение обратного напряжения на вентилях не зависит от величины т и равно £/0бр. мак^ 2 Е т- Максимальное зна­ чение прямого напряжения .в рассматриваемой схеме при чисто ак­ тивной нагрузке (|т—0) равно £/пр. Макс = £ т, а при Т я достигает

12

Vap.макс=2£гл (поскольку каждый из тиристоров остается откры­ тым в течение части «своего» отрицательного полупериода). Следо­ вательно, коэффициенты использования тиристоров в рассматривае­ мой схеме при т^>я совпадают с аналогичными (величинами для однопульсной схемы с обратным диодом:

равен &ф = V 2 .

Если нагрузка шунтируется обратным диодом До (рис. 3,а), то режим непрерывного тока *и(меет место при любых значениях а < 180°, т>0. Характер изменения переменных в этом случае изображен н-а рис. 4,в. Наличие обратного диода, так же как и в случае однопульсной схемы, приводит к тому, что запирание тиристоров независимо от величины т происходит в момент перехода напряжения питания

улучшает коэффициент использования тиристоров по прямому напря­ жению, но одновременно приводит к двукратному увеличению диапа­ зона управления (ат=1180°).

Когда т -+ оо и пульсациями тока нагрузки можно пренебречь, среднее значение тока, протекающего через обратный диод, согласно рис. 4,б определяется равенством:

вая 6). Наибольшая величина /0 имеет место при <х«75° и не пре­ вышает 27% от / н. макс. При любом конечном значении г величина/о

схему можно упростить, заменив один из тиристоров неуправляемым диодам Д, как показано на рис. 3,6 (Л. il9]. |Когда управляемый вен­ тиль заперт (ja=ie0°), величина тока нагрузки согласно (4) опреде­ ляется соотношением

13

Когда управляемый вентиль полностью открыт (а = 0), среднее значение тока нагрузки достигает максимальной величины

18О°<С0<36О° осуществляется через неуправляемый диод, при этом иа — е.

(Поскольку выполняется условие непрерывности тока, то незави­

чается от аналогичной характеристики усилителя с двумя управляе­ мыми вентилями и обратным диодом. (Коэффициенты использования тиристора в данной схеме имеют те же величины, что и для схемы рис. 3,а без обратного диода.

При наличии трехфазной сети с нейтралью можно построить бестрансформаторную двухпульсную схему по рис. 3,в. Если то один из вентилей может быть неуправляемым.

Когда управляемый вентиль закрыт, ток нагрузки имеет мини­ мальную величину и определяется согласно (17), (18), где величи­ на Ет равна амплитудному значению фазного напряжения сети£фт .

14

т. е. примерно на 15/о меньше, чем для схемы рис. 3,6.

Характер изменения переменных для промежуточных значений угла отпирания при условии Непрерывности тока нагрузки изображен на рис. 6,6. В интервале О<^0<^а управляемый вентиль закрыт,

15

няется до конца периода еаЬ. В результате характеристика вход— выход определяется равенством:

360°

Если трехфазная сеть не имеет нулевой точки (или нулевой про- <вод недоступен), то нагрузка может быть подключена к третьей фа­ зе, как показано на рис. 3,г. При этом характеристика вход — вы­ ход по-прежнему определяется уравнением (23), хотя форма напря­ жения на нагрузке изменяется [Л. 26]. Кратность изменения тока нагрузки для рассматриваемой схемы равна:

Таким образом, схема с нулевым проводом (рис. 3,в) обеспечивает в 3 раза меньшую величину пульсаций и в / 3 раз болыиук/ крат­

имеет характеристику вход—выход (5), совпадающую с (23). Однако преимуществом схемы рис. 3,8 является меньшая величина пульса­ ций выходного напряжения (для схемы рис. 1,я .амплитуда первой

гармоники £/н1т = 0,5£лт, т. е. вУ"3 раз превышает аналогичную величину для схемы рис. 3,в). Кроме того, схема рис. 3,8 обеспе­ чивает более равномерную загрузку фаз по сравнению с однопульсной схемой.

Для всех рассмотренных в настоящем параграфе вариантов схем в режиме непрерывного тока при z > 1 передаточная функция опре­ деляется соотношением

где Т = Тн — постоянная времени нагрузки;

,din

k = -----крутизна характеристики вход—выход.

В «режиме прерывистого тока длительность переходного процес­ са не превышает полупериода частоты питания независимо от вели­ чины Тж.

16

Рис. 7. Зависимость относительного време­ ни отключения в функции начального тока и угла отпирания <*2.

Таким образом, усилитель по рис. 3,а без обратного диода по­ зволяет обеспечить .весьма эффективную форсировку процесса умень­ шения тока .в индуктивной нагрузке.

Пример практического использования фороировочной способ­ ности «усилителя по схеме рис. 3,а приведен в § 16.

При наличии обратного диода выходное напряжение усилите­ ля не может принимать отрицательного значения (инверторный ре­ жим работы или режим прерывистого тока невозможен); в резуль­ тате схема теряет способность форсировки процесса отключения тока

виндуктивной нагрузке. Длительность указанного переходного про­

*При отключении тока управления инверторный режим не воз­ никает. Если входной сигнал снимается полностью, то один из тири­ сторов закрывается, а второй остается открытым за счет э. д. с. само,

индукции. При этом напряжение на нагрузке становится равным ну­ лю и форсировка не обеспечивается.

18

Наи1большее распространение получила мостовая схема с объ­ единенными катодами .(рис. 8,6). Ее преимущество по сравнению со схемой на рис. 8,в заключается в более простой схемной реализации устройства управления, поскольку катоды управляемых вентилей имеют» общую точку. Однако следует иметь в виду, что при актив­ но-индуктивной нагрузке и отсутствии обратного диода До схема на рис. 8,6 становится практически неработоспособной. Допустим, что усилитель работал в режиме максимальной отдачи и в некото­ рый момент времени, например в положительный полупериод источ­ ника питания, когда Т\ открыт, а Т2 закрыт, сигнал управления сни­ мается. В следующий отрицательный полупериод тиристор Т2 оста­ нется закрытым (поскольку сигнал управления равен нулю), однако, поскольку дополнительный путь для замыкания тока нагрузки от­ сутствует, запирания Т\ не произойдет. Тиристор Т\ остается откры­ тым за счет э. д. с. самоиндукции нагрузки. В результате после от­ ключения сигнала управления в схеме возникает режим работы, при котором в течение отрицательного полупериода источника литания ток нагрузки замыкается по цепи Д2—Т\ (диод Д\ при этом заперт) и напряжение на нагрузке равно нулю, а в течение положительного •полупериода — по цепи Д\—е—Тj '(диод Д2 при этом заперт) и на­

точно зашунтировать нагрузку обратным диодом До, как показано на рис. 8,6 пунктиром. При этом индуктивность нагрузки «разря­ жается» через обратный диод и не препятствует запиранию тири­ сторов (при снятии сигнала управления напряжение на нагрузке «сразу» становится равным нулю).

В схеме, приведенной на рис. 8,в, необходимость в обратном диоде отпадает, поскольку роль До выполняют последовательно включенные диоды Дь Д2 (|при запирании вентилей Т\, Т2 индуктив­

20