Раздел: Документация
0 ... 31 32 33 34 35 36 37 ... 49   l dbc а)q*> Рис 4 19 Схемы замещения тиристорного регулятора по интервалам проводимости тиристоров На этом интервале электромагнитные процессы описываются системой уравнений diL 1 г т . dt L dum if, rj dt С RHC " (4.34) Если регулятор работает в режиме прерывистого, тока iL, то в мо£«£ t = h /(L) = 0 и диод VD выключается Схема замещения приобретает вид, соответствующий рис. 4.1 У, в, а уравнения (4.34) вырождаются в одно уравнение duK dt •—Lu. вых- (4.35) В момент г —г4 включаются тиристоры VS2 и VSA. В дальнейшем электромагнитные процессы протекают аналогично рассмотренным для случая включения тиристоров VSX и VS3. Среднее значение выходного напряжения с7вых определяется интегрированием его текущих значений по всем интервалам на периоде повторяемости, задаваемой частотой переключения тиристоров. Однако для стационарного режима среднее значение может быть определено проще из уравнения энергетического баланса активных мощностей, в регуляторе. При принятых традиционных допущениях идеальности элементов схемы активные составляющие входной и выходной мощности равны, т. е. и2 вых вых~ (4.36) гле /. —среднее значение входного тока. В соответствии с диаграммой на рис. 4.18,6 и с учетом того, что uL{t2)=-UB»„ можно записать h {t)dt = 4fCK{UBX+UB»x). (4.37) Из (4.36) и (4.37) получим -VC.UmiUn-4fC.Ul = 0.(4.38) Решение (4.38) с учетом физической реализуемости имеет вид UB«x = LRKCJU„(l +V1 + 1/*HCJ).(4.39) Из (4.39) следует, что среднее значение выходного напряжения в первом приближении при заданных параметрах схемы и нагрузки прямо пропорционально частоте переключения тиристоров, т. е. частоте подачи энергии, запасаемой на каждом интервале в конденсаторе Ск. Согласно принципу действия рассмотренной схемы нагрузка регулятора получает питание как бы от источника тока с ограниченным значением. Это обусловливает существенное преимущество данной схемы в части ее устойчивости к перегрузкам и короткому замыканию. В рабочем диапазоне регулирование тока и выходного напряжения осуществляются по способу частотно-импульсной модуляции (ЧИМ). 4.2.6. КОМБИНИРОВАННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ-РЕГУЛЯТОРЫ В ряде случаев для стабилизации и регулирования постоянного напряжения целесообразно исполвзовать несколько различных типов преобразовательных устройств, объединенных, как правило, между собой схемно и конструктивно в один преобразовательный агрегат. Например, если уровни входного и выходного напряжений существенно различаются (в несколько раз и более), то использую преобразователь, выполненный по структуре, изображенной на рис. 4.20. Такой преобразователь состоит из четырех функционально самостоятельных устройств: автономного инвертора АИ, трансформатора Тр, выпрямителя В и фильтра Ф. Согласование уровней входного и выходного напряжений в основном осуществляется трансформатором, установленным на выходе инвертора АИ. Для того чтобы уменьшить массу +
Н К> ли + о- Рис. 4.20. Структурная схема стабилизатора-регулятора постоянно-о тока с промежуточным инвертором г I г! Рис. 4.21. Стабилизатор постоянного тока с регулировочным устройством 207 и габариты трансформатора, а также уровень частоты высших гармоник, подлежащих фильтрации фильтром Ф, рабочую частоту инвертора выбирают по возможности высокой (в транзисторных преобразователях небольшой мощности эту частоту обычно выбирают в диапазоне от единиц до нескольких десятков килогерц). Функции регулятора-стабилизатора напряжения в преобразователе могут быть возложены как на инвертор, так и на выпрямитель в зависимости от принятых принципиальных схем отдельных звеньев и конкретных требований к параметрам преобразователя [18]. Использование подобной структуры преобразователя, несмотря на то, что поток преобразуемой электроэнергии проходит последовательно через несколько устройств, может дать существенный выигрыш в массе и габаритах и для некоторых типов преобразователей переменного тока в постоянный. Это может быть, например, целесообразным, если источником переменного напряжения является промышленная сеть с частотой 50 Гц, а выпрямленное напряжение (среднее значение которого в сравнении с сетевым мало) должно регулироваться в широких пределах, имея при этом низкий уровень пульсаций. Традиционная схема для этого случая содержит такие элементы, как входной согласующий трансформатор, рассчитанный на частоту /=50 Гц, управляемый выпрямитель и выходной фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Основные элементы (в частности, трансформаторное и реакторное оборудование) значительно более громоздки, чем соответствующие элементы в преобразователе, выполненном по следующей структуре. Здесь напряжение сети поступает непосредственно (без трансформатора) на неуправляемый выпрямитель, с выхода которого выпрямленное напряжение подается на регулируемый автономный инвертор высокой частоты с понижающим трансформатором на выходе, и далее вновь выпрямляется и сглаживается оконечным фильтром. При относительно неглубоких изменениях входного и выходного напряжений (в процессе регулирования) более рациональными могут оказаться схемы стабилизаторов с регулировочным устройством (рис. 4.21). В этой схеме последовательно с источником постоянного напряжения, которое поступает на вход регулятора-стабилизатора, включен управляемый выпрямитель В. Этот выпрямитель выполняет. функции регулировочного устройства, напряжение которого 1/я добавляется к напряжению основного источника U„. Изменяя 17я, можно регулировать выходное напряжение £/ВЫ1, которое является суммой напряжений вх и Ua. Переменное напряжение на вход вольтодобавочного выпрямителя может поступать либо от независимого источника переменного напряжения, либо от автономного инвертора АИ, как это показано на рис. 4.21. Автономный инвертор в этом случае, как правило, работает на высокой частоте. Преимуществом такою типа схем является то, что расчетная мощность регулировочного устройства (в данном случае автономного инвертора АИ и выпрямителя В) меньше общей мощности нагрузки. Так, в частности, мощность выпрямителя В примерно равна UaIn, где /н— номинальный ток нагрузки стабилизатора. Эта мощность может быть снижена еще практически в 2 раза, если регулировочное устройство сделать реверсивным, т. е. способным как добавлять, так и вычитать напряжение Ua из входного напряжения UBX. Последнее можно реализовать посредством перевода управляемого выпрямителя В в инверторный режим (зависимого инвертора). Во многих случаях более рациональными оказываются схемы с регулированием выходного напряжения автономного инвертора. В этих случаях выпрямитель В выполняется неуправляемым. Стремление к уменьшению массы и объема преобразователя обусловило тенденцию роста частоты инверторных звеньев. Однако переход к рабочим частотам сверхзвукового диапазона выявил ряд ограничений на повышение частоты. Одним из таких ограничений являются частотные свойства полупроводниковых приборов и, в частности, их критичность к допустимым скоростям нарастания токов и напряжений при коммутации. Для более полного использования частотных свойств приборов эффективными оказались схемы с резонансными контурами, обеспечивающими гладкое изменение .оков и напряжений в схеме по законам, близким к гармоническим на частотах, фиксированных параметрах схемы. В этой связи интенсивно стали разрабатываться транзисторные импульсные регуляторы, содержащие в качестве промежуточного звена инверторы резонансного типа (см. пл. 3.2.4). Переход к таким схемам позволил успешно для регуляторов малой мощности увеличить*частоты преобразования свыше 1 мГц и существенно улучшить технико-экономические показатели таких регуляторов. В зависимости от типа схемы резонансного инвертора коммутация тиристоров в них происходит в моменты прохождения тока или напряжения через нуль, что обеспечивает наиболее благоприятную траекторию их переключения. Следует также отметить, что такие благоприятные условия коммутации ключевых элементов одновременно способствуют успешному решению проблемы электромагнитной совместимости элементов на высоких рабочих частотах. 4.3. СТАТИЧЕСКИЕ КОНТАКТОРЫ 43.1. ТИРИСТОРНЫЕ КОНТАКТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА пяЯ коммУтачии силовых цепей переменного тока раз-™но много различных типов электрических аппаратов: автоматические выключатели, электромагнитные контакторы 14 № 3658  Рис 4 22 Тиристорный контактор с естественной коммутацией а-схема, б-диаграммы напряжения и тока при включенном контакторе и др. Большинство из них основано на механическом взаимодействии отдельных узлов и деталей. Наличие подвижных узлов и деталей обусловливает инерционность процессов замыкания и размыкания электрических контактов. Обычно время включения и выключения таких аппаратов находится в диапазоне от десятых до сотых долей секунды в зависимости от типа коммутационного аппарата. Полупроводниковые ключевые элементы позволяют существенно повысить быстродействие коммутационных аппаратов. С этой целью разработан ряд схем, так называемых бесконтактных коммутационных аппаратов, выполненных преимущественно на основе тиристоров. В литературе такие аппараты часто именуются тиристорными контакторами. Отсутствие подвижных частей и металлических контактных соединений делает эти устройства значительно более надежными и быстродействующими. Кроме того, как и все схемы с полупроводниковыми приборами, они обладают большим сроком службы. В простейшем исполнении силовая часть однофазного тиристорного контактора представляет собой два встречно-параллельно включенных тиристора (рис. 4.22, а) или один симметричный тиристор. Если тиристоры проводят ток, то контактор включен, если тиристоры ток не проводят, то контактор выключен. Так как ток переменный, то одну полуволну тока проводит тиристора другую — тиристор VS2. Силовая схема такого контактора подобна силовой схеме регулятора переменного тока, изображенной на рис. 4.3. Различие между ними заключается в законе управления тиристорами. В регуляторе управляющие импульсы на тиристоры поступают с различными углами управления а, а в контакторе— таким образом, чтобы каждый тиристор проводил одну или несколько полных полуволн тока либо оба тиристора были выключены. Поскольку тиристор является не запираемым по управлению элементом, то для его выключения необходимо обеспечить спадание тока до нуля. Если контактор включен в цепи с активным сопротивлением ZH = Ra (рис. 4.22, а), то моменты прохождения через нуль тока и напряжения совпадают. При активно-индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения, переход тока с одного тиристора на другой происходит позже на угол фн, который определяется коэффициентом мощности нагрузки (рис. 4.22,6). Для того чтобы выключить тиристор раньше момента прохождения тока коммутируемой цепи через нуль, необходимо применять искусственную коммутацию тиристоров (см. § 3.2). В зависимости от того, выключаются тиристоры под воздействием естественного снижения переменного тока до нуля или посредством их искусственной коммутации, различают тиристорные контакторы с естественной коммутацией (ТКЕ) и искусственной коммутацией (ТКИ). Для того чтобы выключить ТКЕ, достаточно прекратить подачу управляющих импульсов на тиристоры. В этом случае максимальное время выключения тиристора не будет превышать половины периода выходного напряжения. Например, если прекратить подачу управляющих импульсов в момент включения очередного тиристора, то он будет проводить полуволну тока, т. е. в течение 180°, а другой тиристор уже не сможет включиться из-за отсутствия управляющего импульса. При необходимости иметь время выключения меньшим, чем половина периода выходного напряжения, следует применять ТКИ. Однако в этом случае возникает проблема отвода энергии, накопленной в индуктивностях нагрузки, при обесточивании цепи, соединяющей источник электроэнергии с нагрузкой. Это связано с тем, что согласно основным законам коммутации ток в индуктивности не может изменяться скачком. Поэтому чем быстрее происходит отключение цепи, содержащей индуктивность, с током, отличным от нуля, тем большие перенапряжения возникнут на отключающем аппарате. Указанные перенапряжения являются следствием наведения ЭДС в индуктивности, препятствующей изменению значения тока нагрузки. Для устранения перенапряжений (опасных для элементов коммутационного аппарата) следует в случае применения ТКИ предусматривать возможность отвода или сброса энергии, накопленной в индуктивностях нагрузки, в какой-либо приемник или накопитель электроэнергии. В частности, таким приемником может служить конденсатор или источник переменного тока, способный принимать электроэнергию. На рис. 4.23, а представлена схема ТКИ, в которой отключение основных тиристоров VSt, VS2 производится с помощью колебательного контура, элементами которого являются конденсатор С„ и реактор LK. Такие схемы в литературе иногда называют схемами с параллельной коммутацией. Когда ТКИ включен, то ток нагрузки протекает в один полупериод через тиристор VSt и диод VDt, а в дру- 0 ... 31 32 33 34 35 36 37 ... 49
|
