Учебное пособие 800603
.pdf
импульс уравнительного тока с длительностью
|
2 |
. |
|
ур1 |
|
|
|
|
m |
||
Второе уравнение (5.41) дает при |
этом |
||
ур 2 0 . Максимумы тока находят из (5.42) при
I |
|
mEЛМ |
(sin |
|
|
урм |
(Lур |
2La ) |
m |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
(5.44) |
||
ур 2 <0, |
и следует |
принять |
|||||
ур1 |
по (5.44) и |
ур 2 |
0 |
||||
|
|
cos |
|
) . |
(5.45) |
||
m |
m |
||||||
|
|
|
|
||||
В реверсивной схеме с двумя трехфазными нулевыми комплектами тиристоров EЛМ 
3EФМ и имеются два одинаковых максимума урав-
нительного тока при 1
один при EЛМ 2EФМ и 1
|
и |
|
2 |
, а с двумя однофазными мостами - |
3 |
1 |
3 |
||
|
|
|
2 .
В реверсивном выпрямителе с двумя трехфазными мостами (рис. 5.6) содержится два одинаковых уравнительных контура, токи которых описываются полученными выше соотношениями.
позволяет рассчитать требуемую индуктивность уравнительного реактора при уравнительном токе Iур доп
L |
|
mEЛМ |
ур |
I ур.доп |
|
|
|
sin |
|
|
|
cos |
|
2La . |
(5.46) |
m m |
|
||||||
|
|
m |
|
||||
5.3.4. Совместное нелинейно-согласованное управление комплектами реверсивного выпрямителя
Снижение уравнительного тока может быть достигнуто применением нелинейно-согласованного управления комплектами реверсивного выпрямителя, при котором углы управления:
1
2
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
U у ; |
(5.47) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2 |
|
|
2 |
|
U nM |
|
||||||
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
U у , |
(5.48) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
|
2 |
|
U nM |
|
|||||||
где н - угол рассогласования регулировочных характеристик комплектов. Сумма углов
1 |
2 |
н . |
(5.49) |
При выполнении (5.49) среднее значение уравнительного напряжения Uур < 0, что приводит к снижению уравнительного тока.
ень рассогласования |
|
регулировочных характеристик |
комплектов реверсивного |
|||||||
теля достигается подачей на входы СИФУ напряжений смещения |
||||||||||
UСМ1 UСМ 2 |
1 |
|
н |
|
U nM |
. |
(5.50) |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Сравнение (5.40) и (5.35) показывает, что нелинейно-согласо- |
|||||||||
ванное управление обеспечивается введением дополнительного нап- |
||||||||||
ряжения смещения |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
UСМ |
нUnM |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаграммы мгновенных значений ЭДС комплектов, уравнитель- |
|||||||||
ных напряжения и тока в реверсивном выпрямителе при нелинейно- |
||||||||||
согласованном управлении приведены на рис.5.18. |
||||||||||
|
Увеличение угла рассогласования |
н приводит к сокращению про- |
||||||||
должительностей ур1 и |
ур 2 импульсов уравнительного тока на величину |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ур1 |
ур 2 |
н . |
|
кпри любом угле управления будет прерывистым, среднее его значение уменьшается.
есреднего уравнительного тока будет иметь место при углах [3]
|
k |
k |
н |
|
|
|||||
|
|
|
н |
; 2 |
|
|
|
. |
(5.51) |
|
1 |
m |
|
2 |
m |
2 |
|||||
Разновидностью совместного нелинейно-согласованного управления |
||||||||||
является способ (рис.5.19), при котором угол управления инверторной |
||||||||||
группы остается неизменным и равным |
max , а угол управления выпря- |
|||||||||
мительной группы изменяется в пределах |
|
min 1 |
max , причем |
|||||||
min 
max .
Диаграмма ЭДС выпрямительного и инверторного комплектов, уравнительных напряжений и тока для этого способа управления приведены на рис.5.20. Из анализа диаграммы следует, что уравнительный ток
имеет прерывистый характер. При углах управления |
|
|
2 |
min 1 |
|
|
|
3 |
|
||
|
|
2 min |
|
|
|
|
длительности импульсов уравнительных токов соответственно равны
Если 2
3
|
|
ур 2 |
2 2 min ур1 0 . |
(5.52) |
|
|
|
|
2 |
, то длительность уравнительного тока ур1 |
|
3 min |
1 |
3 |
|||
|
|
|
|
||
переменна, причем 2 |
min |
ур1 |
0 , а ур 2 0 . |
|||
При 1 |
2 |
|
0 и |
|
0 . Средний уравнительный ток в соответст- |
|
|
ур1 |
ур 2 |
||||
3 |
||||||
|
|
|
|
|
||
вии с (5.21) в первой зоне постоянен и равен |
||||||
I |
|
mEЛМ |
(sin |
|
2 min cos 2 min ) . |
(5.53) |
|
ур |
(Lур |
2Lа ) |
2 min |
||||
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 5.18. Временные диаграммы напряжений и тока в уравнительном контуре при нелинейно-согласованном
|
|
управлении |
: |
ed1, |
ed2 |
Во второй зоне средний уравнительный ток уменьшается и стремит- |
|||||
ся к нулю при 1 |
2 |
. |
|
|
|
3 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
5) и (5.53), приходим к выводу, что применяя нелинейно-согласованное управление, изить уравнительный ток. Так, например, если управлять комплектами реверсивного ивая в инверторной группе max = 160° и изменяя в выпрямительной группе 20 < < ь сокращения уравнительного тока при m = 3 в 25 раз.
и ―вход-выход‖ реверсивного выпрямителя с совместным нелинейно-согласованным рактеризоваться углами 
и , которые описываются выражениями (5.47), (5.48) рвого и второго комплектов.
|
|
max |
|
|
|
|
|
max |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
min |
|
|
|
|
|
min |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
3 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Uу
Рис. 5.19. Сопряжение характеристик СИФУ при нелинейно-согласованном управлении
Рис. 5.20. Временные диаграммы напряжений и тока в уравнительном контуре при согласовании характеристик СИФУ (по
рис. 5.19)
На рис. 5.20 графики соответствуют углам:
а) min < < |
2 |
|
;б) |
2 |
|
|
2 min |
|
|||
3 |
3 |
||||
|
|
|
2 min 
1
23 .
Ed1.2 |
m |
EФМ |
sin |
|
sin |
|
U у |
н |
1 |
m |
E , |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(5.54) |
|||||||
|
|
|
2 |
|
UnM |
2 m 2 |
|
2 |
|
|
||||||
где верхние знаки (+)соответствуют первому комплекту вентилей, а нижние (-)- второму.
В режиме непрерывных токов |
2 |
соотношение для характери- |
|
|
|||
m |
|||
|
|
||
стики ―вход-выход‖ принимает вид |
|
|
|
Ed1.2 |
|
|
m |
EфМ sin |
|
sin |
|
U у |
н |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
. (5.55) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
m |
UnM |
|
2 |
|
|
||
|
Для идеального холостого хода комплектов при подстановке в |
|||||||||||||
(5.49) |
имеем Ed1.2 = |
E. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Характеристики ―вход-выход‖ обоих комплектов, построены для |
||||||||||||||
m =6, tg мк = 0,5 и U СМ * |
|
1 |
|
, приведены на рис. 5.21. (кривые 1,2). |
||||||||||
m |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
С уменьшением |
|
|
|
U CM * характеристики |
сближаются и при |
||||||||
U CM * |
0 ветви характеристик, соответствующие |
режиму |
непрерывного |
|||||||||||
тока, совпадают (кривая 3). |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Для получения результирующей регулировочной характеристики |
|||||||||||||
реверсивного управляемого выпрямителя с совместным нелинейносогласованным управлением комплектами следует учесть два случая:
1.ток нагрузки при заданной ЭДС непрерывен и много больше уравнительного тока. В этом случае рабочая точка располагается на ветви характеристики работающего комплекта, соответствующей режиму непрерывного тока;
2.токи комплектов прерывистые, а ток нагрузки мал.
Внешние характеристики реверсивного выпрямителя с нелинейно – согласованным управлением в режиме прерывистого тока находятся как полусумма соответствующих характеристик составляющих комплектов, а при непрерывном токе – совпадают с ними (рис. 5.21.).
Неоднозначность и нелинейность регулировочных и внешних характеристик реверсивного выпрямителя с нелинейно – согласованным управлением обусловили его ограниченное применение. Однако рассмотренные вопросы важны еще потому, что даже при линейно – согласованном управлении с целью исключения постоянной составляющей уравнительного тока вводится небольшое рассогласование н 10 200 , иначе в
результате дрейфа характеристик СИФУ комплектов сумма углов и 2 может оказаться меньше 
Ed1.2 |
m |
EФМ |
sin |
|
sin |
|
U у |
н |
1 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
2 |
|
U nM |
2 m 2 |
|
||||||
Ud
н |
0 |
н 0
н 0
1 2 , 2
1 2 , 2 2
н 0
н 0
m |
E . |
(5.54) |
|
2 |
|||
|
|
2
Id
н 0
Рис. 5.21. Примерный вид внешних характеристик реверсивного управляемого выпрямителя с нелинейно-согласованным управлением
5.3.5. Раздельное управление комплектами реверсивного выпрямителя
Функциональная схема раздельного управления комплектами реверсивного выпрямителя приведена на рис. 5.22. В схеме использован один комплект СИФУ, выходные каскады которого через полупроводниковые ключи КВ2 и КН2 подключаются к управляющим электродам тиристоров комплектов В (вперед) и Н (назад). Ключи КВ1 и КН1 инвертируют сигналы на входе СИФУ при смене работающего комплекта тиристоров.
Рис. 5.22. Функциональная схема реверсивного выпрямителя с раздельным управлением
Ключи КВ и КН управляются логическим устройством ЛУ. Основные требования к работе этого устройства следующие:
1.Переключение ЛУ должно осуществляться в зависимости от знака напряжения управления Uу. Знак Uу определяет направление тока нагрузки: при Uу > 0 нуль-орган НО вырабатывает сигнал логической 1, при Uу < 0 – логического 0.
2.Управляющие импульсы могут подаваться только на один комплект тиристоров, т.е. одновременное замыкание ключей КВ2 и КН2 должно быть исключено во избежание возможного короткого замыкания
всиловой цепи.
3.Переключение ключей должно происходить при отсутствии
токов в комплектах тиристоров. При наличии тока нельзя как отключать ключ работающего комплекта вследствие возможности опрокидывания при инвертировании, так и включать ключ вступающего в работу комплекта из-за возможности возникновения короткого замыкания в силовой цепи.
4. Подача импульсов на вступающий в работу комплект тиристоров должна происходить с выдержкой времени мс, обеспечивающей восстановление запирающих свойств тиристоров оканчивающего работу комплекта.
Внешние характеристики (рис. 5.23) реверсивного управляемого выпрямителя с раздельным управлением получаются также путем простых комбинаций характеристик двух нереверсивных выпрямителей. Здесь в первом и четвертом квадрантах проводит ток комплект В, во вто-
ром и третьем – комплект Н. При малых токах внешние характеристики криволинейны из-за возникновения режима прерывистого тока.
Ud
23 |
2 |
11 |
2 |
|
|
22 2
Id
12 2
21 2
13 2
Рис. 5.23. Примерный вид внешних характеристик реверсивного управляемого выпрямителя с раздельным управлением
Нелинейность и неоднозначность как регулировочных, так и внешних характеристик реверсивного выпрямителя с раздельным управлением в режиме прерывистого тока затрудняют построение высококачественных (с точки зрения динамики процессов) электроприводов. Это – основной недостаток реверсивного выпрямителя данного типа. С целью снижения влияния этого недостатка применяют специальные средства, позволяющие линеаризовать регулировочные характеристики ―вход-выход‖ реверсивного управляемого выпрямителя в режиме прерывистого тока.
6. ИМПУЛЬСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
6.1. Общие положения
Применение регулируемых выпрямителей для питания потребителей постоянного тока, особенно когда требуется глубокое регулирование напряжения и тока на нагрузке, связано с изменением угла управления .
При увеличении угла управления происходит увеличение угла сдвига между током первой гармоники питающей сети и питающим первичным напряжением. Это сопровождается ухудшением энергетических показателей за счет перетекающей реактивной мощности между источником питания и управляемым выпрямителем. При увеличении диапазона регулирования выходного напряжения выпрямителя Ud перетекающая реактивная мощность может быть больше в несколько раз потребляемой активной мощности, увеличивая тем самым потери в системе электроснабжения за счет увеличения полного тока
I |
I 2 |
I 2 . |
|
а |
p |
Вконечном итоге это приводит к непроизводственным затратам на компенсацию потерь активной мощности и снижению коэффициента полезного действия.
Внастоящее время применительно к мощным установкам предложен новый принцип регулирования величины среднего напряжения. Изменение регулируемой величины осуществляется не сдвигом по фазе управляющих импульсов, а частотой и длительностью включения преоб-
разователя при углах управления =0.
С усовершенствованием систем управляемых вентилей и с появлением мощных запираемых тиристоров (GTO) и мощных полевых транзисторов (IGBT) с запираемым затвором стало возможным значительно увеличить частоту переключений. Обычно в таких системах силовой вентиль, через который осуществляется питание потребителя, работает в ключевом режиме.
В общем случае питающим напряжением преобразователя постоянного тока могут служить, например, аккумуляторные батареи, топливные элементы, солнечные батареи, контактная сеть постоянного тока магистрального и городского электрофицированного транспорта , мощные преобразовательные подстанции постоянного тока, а также использование неуправляемых выпрямителей в качестве источников питания.
Регулирование среднего значения напряжения или тока осуществляется путем изменения параметров выходных импульсов. Наибольшее распространение получили широтно-импульсные и частотно-импульсные методы регулирования.
Широтно-импульсный метод регулирования (ШИР) осуществляется изменением длительности (ширины) выходных импульсов tи при неизменном периоде их следования (Т=const, f=1/T=const). Среднее значение
U н U d |
tи |
Е |
Е, |
(6.1) |
|
T |
|||||
|
|
|
|
выходного напряжения при ШИР связано с напряжением питания соотношением
где γ=tu/ Т - относительная величина включенного состояния преобразователя.
При частотно-импульсном методе регулирования (ЧИР) изменение выходного напряжения производится за счет изменения частоты следования выходных импульсов (f=1/T=var) при неизменной их длительности (tи=const). Регулировочные возможности ЧИР можно описать соотношением
U |
U |
tи Е t f E. |
6.2 |
|
|
|
|
|
|
н |
d |
|
и |
|
T |
|
|||
|
|
|
|
|
На рисунке 6.1,а изображена принципиальная схема и временные диаграммы преобразователя постоянного тока. В качестве силового ключа могут быть силовые транзисторы и тиристоры (запираемые и однооперационные). В выходную цепь преобразователя включена нагрузка ак- тивно-индуктивного характера, поэтому необходим фильтр (Lф или LCфильтр), а также обязательным элементом является обратный диод (VD0). Функциональным назначением VD0 является создание контура протекания тока нагрузки при разомкнутом ключе К. На интервалах включенного состояния ключа (t1-t2 , t3-t4 , t5-t6) напряжение питания подключается ко входу сглаживающего фильтра (рис.6.1,а,в) и диод VD0 закрыт. Через нагрузку протекает ток iн от источника питания. На интервалах выключенного состояния ключа (t2-t3, t4-t5) связь с источником питания отсутствует , но ток продолжает протекать через нагрузку за счет накопленной энергии фильтром Lф и индуктивностью нагрузки Lн на интервале протекания тока от источника питания.