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 5 67 / 107 8 9 10 > Следующая >>>

Поскольку обычно величина противо-э. д. с. не превышает

амплитуды	напряжения		питания	(Ея^ Е т),	то ^/'пр.макс ^		2£т .
Значение £/пр.Макс для работающего плеча					также	не превышает
2Ет (см. рис. 28,а).
Таким	образом,	при	наличии	выравнивающих		сопротивлений
наибольшая	величина	прямого напряжения,			приложенного к		одно

му тиристору в мостовой реверсивной схеме в стационарном режи ме работы, не превышает Ет.

В дифференциальной реверсивной схеме (рис. 21,6) максимум


прямого напряжения на			тиристоре работающего плеча (например,
на тиристоре Т\)		равен Unр.макс		(96), т. е. не превышает 2Ет , а на
тиристоре неработающего			плеча	(например, Т2) достигает	2Ет
(когда	интервал	проводимости тиристора Тх включает в себя			8 =
=90°,	амплитуда	прямого напряжения на тиристоре Г2 равна 2Ет )•

Таким образов, наибольшая величина прямого напряжения, прило женного к одному тиристору в дифференциальной реверсивной схе ме в стационарном режиме работы, равна 2Ет.

Максимум обратного напряжения на тиристоре имеет место,

когда е = 0 (0 = я)		и определяется	равенством	(см.	рис.	26):
^обр.макс =	— ис (п).	Величина ис (п)	определяется	из	(92); в ре
зультате получаем:
	1 / о в р . м . н е = - £ » [ в 1		п Р - ^ ( « - р ) ] .			(97)
Соответствующее семейство кривых построено на рис.					28,6.	При
пассивной	нагрузке	(Еп= 0). наибольшая величина		Uобрмакс		не

превышает 0,5 Ет ; когда е-* 1, наибольшая величина обратного напряжения достигает Ет.

Как уже отмечалось, тиристор в рассматриваемых схемах «за щищен» от воздействия обратного напряжения диодами выпрямите ля литания.

Рассмотрим величину тока, протекающего через тиристор. Сред нее значение этого тока (/а) в стационарном режиме работы всег да равно току нагрузки, т. е. коэффициент использования тиристо ра по току в рассматриваемых схемах равен ki — \.

Наибольшая величина тока	нагрузки	в стационарном	режиме
работы имеет место при £ н = 0	и а = 0.	Полагая, что	и ве

личина емкости выбрана в соответствии с (67), получаем следующий закон изменения тока /а*

U =*’н + ic = /н + СоСЕт cos 0 = / н(1 + cos 0).

Действующее значение этого тока равно / а.действ = V’l,5 /H. т. е. в указанных условиях коэффициент формы тока, протекающего

через	тиристор, равен k$ = 1^1,5 ^	1,22. В	«обычных»	схемах,
когда	тиристор используется только	в течение	одного полупериода
и при прочих равных условиях, k$ =		\|/2 . Таким образом,		в режиме

максимальной отдачи наличие емкости не ухудшает использования тиристора по току по сравнению с обычными схемами, где тиристор работает э качесда рднополупериодного выпрямите.^,

По мере увеличения угла открытия а среднее значение тока, протекающего через тиристор, уменьшается, а коэффициент формы этого тока увеличивается. Увеличение коэффициента формы, свя занное с импульсом емкостного тока, протекающего через тиристор в момент его открытия, может быть настолько существенным, что максимум мощности, рассеиваемой тиристором, согласно (10) может иметь место не в режиме максимальной отдачи (а=0), а при неко тором (промежуточном значении угла отпирания а>0. В качестве примера на рис. 29 приведены экспериментальные зависимости тем-

Рис. 29. Зависимости температуры перегрева тиристоров в функции угла отпирания а, снятые в схеме рис. 21 для трех экземпляров приборов, вольт-амперные характеристики которых приведены на рис. 29,6 (сплошные кривые 1, 2, 3); пунктирные прямые соответст вуют температуре перегрева при постоянном токе через тиристор, равном 2 а (номинальное значение прямого тока для испытуемых приборов); кривая 4 — зависимость действующего значения тока /а

в функции а; 5 — то же для среднего значения тока.

пературы перегрева тиристора в функции а; максимум рассеиваемой мощности имеет место при а «45°—55° и превышает мощность потерь в режиме максимальной отдачи на 10—30%.

Следует отметить, что в ряде случаев рассматриваемые схемы используются в качестве реверсивных реле (в частности, и с не

прерывным	управлением	за счет широтно-импульсной		модуляции
на частоте,	меньшей	частоты питания);	при этом		работа
схемы с промежуточными значениями угла			открытия	не	имеет
места.

В заключение приведем осциллограммы переходных процессов при реверсе для случая пассивной активно-индуктивной нагрузки (рис. 30,а) и нагрузки на якорь двигателя постоянного тока (рис. 30,6). Изменение полярности сигнала управления осуществ ляется с задержкой на полупериод частоты питания; задержка запирания тиристора ранее включенного плеча также не превы шает полупериода частоты питания. Длительность переходного про цесса в первом случае (рис. 30,а) обусловлена в основном посто янной времени нагрузки, а во втором случае (рдо. 30,6) — электро* механической достоянной времени двигателя,

Рис. 30. Осциллограммы переходных процессов в схеме рис. 21,6. а — 8=0; Т=4, а=0; б — 8=0,6, Т=4, а=0.

10. Схема с двухпульсным питанием от трехфазной сети без нулевого провода

Силовая цепь рассматриваемого реверсивного усилителя изо бражена на рис. 31 ![Л. 25]. Каждое плечо построено аналогично, схеме на рис. 18,6. Однако в данном случае возможность исполь


зования обратного						диода	(с	целью	обеспечить	условие запирания
тиристора				при	активно-индуктив
ной нагрузке) исключается. Также
как		и	в	схемах,		рассмотренных
в предыдущем					параграфе, запира
ние тиристора при любой величи
не	постоянной				времени		нагрузки
можно			обеспечить			за счет емко
сти С,			показанной на рис. 31 пунк
тиром.			Однако			необходимость
включения				емкости		возникает		не
при любом значении т. Если вели
чина		постоянной времени нагрузки
не превышает некоторого критиче									Рис. 31. Реверсивная схема с двух
ского значения тк, то ток нагрузки									пульсным питаниемот трехфазной
в	рассматриваемой схеме						приС=0		сети без	нулевого провода.
имеет			прерывистый			характер		и,	тиристора	(выполняется	и при
следовательно,					условие		запирания
отсутствии				емкости. Если			т> т к, то		ток нагрузки становится		непре

рывным и, следовательно, возникает необходимость включения емкости. Ниже показано, что критическое значение относительной величины постоянной времени нагрузки при ^ = 0 равно тк^2,75.

Таким образом, возможны два лварианта		использовайия схемы
на рис. 31: вариант I, когда т < Ч к, С = 0,		и вариант 2, когда
т ^ т ;к, С ^ С К. Рассмотрим вначале первый вариант.
а) Работа	схемы при т < т к,	О
(режим	прерывистого тока)

Эквивалентная схема одного плеча силовой цепи усилителя, нагруженного на активно-индуктивное сопротивление RH, Ем и про- тиво-э. д. с. Ен, приведена на рис. 32,а.

Коммутация ^неуправляемых вентилей и Д 2 происходит при изменении знака линейного напряжения еаЪ, которое в дальнейшем

Рис. 32. Эквивалентная схема (а) и временные диаграммы изменения пере менных (б).

принято равным		еаъ = Ел т sin 0; при			этом еас = Е л т sin (0 — 60)
и еЬс = Е л m sin (0 — 120).
Характер	изменения переменных в схеме изображен на рис. 32,о.
В интервале	проводимости		( « < 0 < Р ) изменение тока нагрузки
определяется	уравнением
		(OLH ^	+	lHRa = е — Ея,		(98)
где	/	£л ж sin (0 -		60),	0° < 0 < 180е,

е ~ \		£ a m sin(e— 120),			180° < 0 <360°.	' ’
Рассмотрим вначале режим максимальной отдачи при						£ н= 0.
Если условие запирания тиристора выполняется в указанном						режи

ме работы, то оно будет заведомо выполняться при любых зна

чениях угла	отпирания и э. д. с. нагрузки £ н>0.		место,	когда
Режим	максимальной отдачи при Ен—0	имеет
угол отпирания равен а=60°. В результате решения			(98) при	£ н =
= 0 и граничных условиях гн(60°) = / н(Р) =0		получаем следующие

уравнения,	определяющие		зависимость			интервала		проводимости
—а = р —60° в		функции	относительной			постоянной		времени на
грузки:				/	*L\		- А

	sin (А. — 60 — ?) + sin (f ( 1 +				е Зх J		е т = 0 ,
						240° < Я <		300°;	(100а)
			*	2тс		5те v
	sin (К — у) + sin < ( 1 +			eSx +	еЗх )		=	0,
						300°<Х < 360°,			(1006)
где по-прежнему <p = arctgt.					Я=240°. С ростом т интер
При чисто активной нагрузке (т=0)
вал проводимости		увеличиваемся.		Когда		интервал		проводимости
стновится	равным	Я=360°,	наступает режим				непрерывного		тока и

Рис. 33. Характеристики для схем рис. 31 при т< тк.

5 — 1397

6 5

Среднее значение выходного напряжения (тока) в режиме ма ксимальной отдачи при £ н=*=О равно:

				Р = х + б0
	U н	: /н .м ак сун —	Епт		еа в =
	U н	: /н .м ак сун —	2п	1	еа в =
				60
	2^“ [2 + cos (X — 240)],			240° <	X <	300°,
	,					(ЮН
	т ^ Ч з — cos (X — 360)],			300° <	* <	360°.
При t =	0 интервал	проводимости	Х =	240°	и V a.макс = —2яГ”’
при X =	Хк X = 360° И	f/н.макс	Я л т .	ПОСКОЛЬКУ Х = Х ( х ) , ТО

уравнение ( 101) определяет зависимость* ^/н.макс в функции х; соответствующая кривая (в относительных единицах) построена на рис. 33,а (кривая 2).

Решение (98) в общем случае а>60°, Ен> 0 позволяет найти зависимость угла запирания Р в функции угла отпирания а и без размерных параметров схемы: относительной противо-э. д. с. на грузки е = £ н/£лт и относительной постоянной времени т.

Искомая зависимость Р=Р(а, е, т) определяется уравнениями:

cos 9 sin (р — 120 — 9) — е + {cos 9 sin 90х —

— [cos у sin (а — 60 — 9) — &]ех j е					-	р-	= 0,
— [cos у sin (а — 60 — 9) — &]ех j е						х	= 0,
амин ^	а <С 180°,		Р <С 360°;
						1C	1C
cos у sin (Р — 60 — у) — е + (cos <рsin <р{е2х + ех ) —
— [cos 9 sin (а — 60 — у) — е] ех / е					- L
— [cos 9 sin (а — 60 — у) — е] ех / е						х = 0,
«мин < а <	180°,	360° < f <		420°;			(102)
cos 9 sin (P—120—9) — е — [cos 9 sin (а—120—9) — e] e x = 0,
180° < « < «макс			P <360°;
							2ic
cos 9 sin (P — 60 — 9) — e + {cos 9 sin 90 x —
			«_		_ _
— [cos 9 sin ( a — 120 — 9) — e] ex } e						x	= 0 ,
180°	«макс,	360	P ^		420		,

6 6

г д е

«мин =	arcsin в +	60°,	arcsin е < 90°;
амакс =	arcsin е +	120°,	arcsine <90°	( 102а)

-- граничные значения угла отпирания.

Всоответствии с приведенными уравнениями на рис. 33,6 по

строены кривые	р= Р(а)	для различных з н а ч е н и й т к	и е. Пунк
тиром отмечены границы области управляемости тиристоров.
Зависимость	р= \|3(а)	определяет закон изменения	всех пере

менных в схеме и, ,в частности, характеристику вход — выход усили

теля /н=/н(а).

В результате интегрирования (98) в пределах

ин

тервала

проводимости

получаем:

1 +

cos (а — 60) — cos (Р — 120) — еХ,

амин ^

а <С 180°,

Р <С 360°;

2 +

cos (а — 60) — cos ((1 — 60) — еХ,

2гс/н# н

амин < а <

180°,

180°< ?< 420°;

Елт

cos (а — 120) — cos (0 — 120) — еХ,

180° <Са <С амакс,

360°j

1 +

cos (а — 120) — cos (В — 60) — еХ,

{

180° < а < а макс,

180° < Р <420°.

Поскольку

р= Р(а),

то

уравнение

(103)

определяет зависимость

/н = /н(а);

соответствующие кривые

построены

на

рис. 33,в. (Рас

смотрим

теперь

условия

работы

тиристора. Среднее

значение

тока

/ а всегда

равно току

нагрузки,

т.

е. коэффициент

использования

тиристора

по току

равен

Л* = 1.

Коэффициент

формы тока, проте

кающего

через

тиристор

режиме

максимальной отдачи при

т =0

и е = 0,

равен

—fl,133; с

увеличением т

коэффициент формы

сни

жается.

Наибольшая величина прямого напряжения на тиристоре «ра

ботающего» плеча не

превышает

амплитуды

линейного напряже

ния сети £/Пр.макс=£лт—Еа; для

тиристора

«неработающего»

(за

пертого)

плеча

£/Пр.макс —Елт~\~Ец>

Поскольку

последовательно

управляемым вентилем включен

диод (Д{ или Д2), то величина предельно допустимого обратного

напряжения тиристора не лимитируется			(диоды выбираются на пре
дельное обратное	напряжение,	равное	Епт+Еи)-
В заключение	отметим, что	поскольку в рассматриваемом ре

жиме работы усилителя ток нагрузки имеет прерывистый характер,

то длительность	переходного процесса при «скачке» угла отпира
ния не превышает периода частоты питания.
б)	Работа схемы при т ^ т к и С ^ С К
	(режим непрерывного тока)
Эквивалентная схема одного плеча силовой цепи усилителя,
нагруженного на	активно-индуктивное сопротивление Дн, LH и про-

тиво-э. д. с. Ен при наличии шунтирующей емкости С, с указанием

5 *

6 7

обозначений .и принятых положительных направлений переменных приведена на рис. 34,а.

Определим минимальное (критическое) значение емкости Ск> обеспечивающее условие запирания тиристора в режиме максималь

ной	отдачи	при Е и = 0. Если		С = СК,	то запирание тиристора в
указанном		режиме работы	будет происходить в момент времени
0=	р, когда емкостный ток		ic	достигает	наибольшего по абсолют

ной величине отрицательного значения. Отрицательный максимум

емкостного тока имеет место,	когда	линейное	напряжение	еъс =
= Елт sin (0— 120°) проходит	через	нуль с отрицательной		произ
водной, т. е. в момент времени	0 = р = ЗОО°, и		равен по абсолют-

Рис. 34. Эквивалентная схема (а) и кривая для определения критической емкости (б).

ной величине / с .макс"= соС£лтТок нагрузки в момент запирания тиристора определяется равенством /н(Р) ==1с макс — /отк л ^ / с макс»

поскольку ток закрывания тиристора, как правило, ничтожно мал по сравнению с величиной тока нагрузки. Следовательно, величина критической емкости в. рассматриваемых условиях определяется, исходя из соотношения:

Г	м »	-	М 300°)		(104)
к	СО^лт		&Ел.т

где /н (300°) — значение	тока нагрузки в момент времени				0 = 300°
в режиме	максимальной отдачи при £ н = 0.
Анализ работы схемы показывает, что закон изменения тока
нагрузки in (0) в режиме максимальной отдачи jipn £ н= 0					и С = С К
сравнительно мало отличается от			аналогичной	зависимости/н (9),
имеющей место при С = 0 для		всего диапазона		изменения посто

янной времени нагрузки т;к<С %<С °°* Следовательно, при определении величины /н(300°) в формуле (104) можно исходить из закона из

менения тока	нагрузки в рассматриваемой схеме при отсутствии
емкости. При	этом погрешность определения критической емкости
не превышает	1—2%.

В	режиме максимальной отдачи	(а = 0) при С=О,	£ н = 0 и
т^Гк	управляемый вентиль в схеме на	рис. 34,а остается	открытым

в течение всего периода частоты питания, ток нагрузки имеет не

прерывный характер и		определяется уравнением
		Елт sin (0 — 60),	0е < 0<	180°,
°>£н dft	— \|	Ezim sin (0 — 120),	180° <	0 <	(105)
					360°.
Решение	(105) при	граничных условиях гн (0) =			/н (360°) дает

следующий закон изменения тока нагрузки в интервале 18О°<0<36О°:

Елт COS <Р	sin (0	— 120 — if) + sin <Р	21C‘	• (106)
*н (0) —
		1— е
где y = arctgx. Из	(104)	и (106) вытекает	искомая	зависимость
критической емкости запирания в функции z

Рк = <о#нСк =	,	/	- £	\		(107)
	{ + - 2 l 1 + -------1, т „ < т ;< о о .
Соответствующая	кривая построена		на рис.	34Д;	при	z = %к вк =
= 0,536; при z = оо а к =		— ^ 0,32.	Следовательно, при			z = оо для
рассматриваемой схемы требуется			в 2 раза меньшая величина 1ем
кости по сравнению со		схемой с двухпульсным			питанием от одно

фазной сети (см. рис. 21).

Рассмотрим характер изменения переменных для стационарного

режима		работы схемы при т > тс. Соответствующие					расчетные вре-
меннйе		диаграммы для случая пассивной нагрузки (Еа =							0) и при
наличии		противо-э. д. с. (£ н> 0 ) построены				на рис.	35.
В	интервале проводимости		а	0	(1 управляемый			вентиль от
крыт;	при этом						duc
		i&=**ic + In , «а==0;	ис =	ин = е\		/с = с			(108)
							о	С
где е — по-прежнему определяется				согласно		(99).		0 =	0, когда
Запирание тиристора происходит					в момент времени

отрицательный емкостный ток становится равным по абсолютной

величине	току нагрузки; в результате			согласно (108)	и (98)	полу
чаем:
						009)
Если	величина емкости	выбрана	в	соответствии	с (107),	т. е.
С ^ С к ,	то при а > 0 ° угол	запирания		будет всегда	меньше	300°.

6 9

В интервале р < 0 < 2п + а тиристор заперт; при этом

i&= 0; Ыь — е — ис, ic = — / н '

и напряжение на емкости (на нагрузке) уменьшается по линейному закону:

«н = «с = «c(P) —			\|м в — е (Р) — ~ - ^ с — •	(и °)
			р
На рис. 35,<7 показано, что			при достаточно больших	значениях
е запирание	тиристора	происходит также в точке р', близкой к 180°,
после чего	напряжение	на емкости снижается по линейному закону

Рис. 35. Временные диаграммы для схемы рис. 34 при /Гн=

-0 (а) и Ен>0 (б).

до момента времени 0 — а', когда напряжение на тиристоре вновь становится положительным и последний открывается; величина а' также близка к 180°. Наличие дополнительного интервала непрово димости ( р '< 0 < а ') при С ^ С к в очень малой степени изменяет форму напряжения на нагрузке. Поэтому в дальнейшем при опре-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 107 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги