Всего на сайте:
183 тыс. 477 статей

Главная | Электроника

Режим прерывистого тока вентильных преобразователей  Просмотрен 85

 

При работе ВП на активно-индуктивную нагрузку (при огра­ниченном значении индуктивности нагрузки) возможны два режима работы преобразователя: режим непрерывной и прерывистой про­водимости. Кроме того, режим прерывистой проводимости являет­ся типичным для ВП, в цепи нагрузки которых присутствует противоЭДС при конечном значении индуктивности нагрузки..

Режим прерывистой проводимости характеризуется тем, что выпрямленный ток периодически спадает до нуля, то есть каждый раз вентили включаются при нуле тока (рис.1.26).

В режиме непрерывного тока ток в нагрузке не снижается до нуля, а переводится с одного вентиля на другой за короткие интервалы коммутации.

Тот пли другой вид режима работы ВП зависит от соотноше­ния индуктивного и активного сопротивлений нагрузки и от от­носительного значения противоЭДС. Методика расчета основных характеристик ЗП в этих двух случаях будет различной, поэто­му сначала определяется, в каком из этих двух режимов будет работать преобразователь.

При пренебрежении падением напряжения на вентилях я при ус­ловии, что противоЭДС нагрузки неизменна за период импульса тока, для режима прерывистой проводимости ВП записывается уравнение электрического равновесия ЭДС:

. (1.63)

С учетом обозначе­ний (см. рис. 1.26) мгновен­ное значение вып­рямленной ЭДС бу­дет равно

.

Ток при =0 имеет нулевое зна­чение, при >0 из­меняется в соответ­ствии с искомой за­висимостью , определяемой из уравнения (1.63), а при снова становится равным нулю. Среднее значение выпрямленного тока в этом случае зависит от угла прово­димости вентиля . Для определения длительности протекания тона интегрируется уравнение (1.63) на интервале проводимости вентиля, то есть от , до . С учетом того, что ток при равен нулю, получается

,

где - электромагнитная постоянная времени цепи нагрузки; - относительная ЭДС в цепи нагрузки.

 

Рис. 1.26. Режим прерывистой проводимости

 

Для удобства определения угла проводимости вентилей решение этого трансцендентного уравнения в функции параметров нагрузки , и представлено на рис. 1.27 и рис. 1.28. При этом диаграммы, приведенные на рис. 1.28 соответствуют выпрямительному режиму работы ВП, а на рис. 1.28 – инверторному режиму. Параметр нагрузки определяется отношением сопротивлений . На диаграммах области прерывис­той и непрерывной проводимости вентилей для различной пульсности схемы выпрямления разделены штриховыми линиями, построенными по соотношению .

Для определения угла проводимости вентилей находится угол выключения . При этом для заданных параметров наг­рузки и противоЭДС находятся значения и и на основании соответствующей им кривой диаграммы с учетом того, что ее абсциссой является заданный угол включения , по оси ординат находится значение угла выключения . Если угол проводимости , режим прерывистый и среднее значение выпрямленной ЭДС находится по выражению:

. (1.64)

Рис. 1.27. Диаграммы для выпрямительного режима

 

 

Рис. 1.28. Диаграммы для инверторного режима

 

Следует иметь в виду, что при наличии в цепи нагрузки противоЭДС, момент времени, с которого вентиль начинает проводить ток, будет совпадать с углом отпирания только в том случае, если к этому времени потенциал анода стал положитель­ным по отношению к катоду. В противном случае момент включе­ния вентилей (при широких импульсах управления) находится из уравнения

и равен

.

С учетом того, что углы включения и выключения вентилей и , отсчитываемые от начала синусоиды фазного напряжения, связаны с углами отпирания и выключения вентилей и , отсчитываемыми от момента естествен­ного отпирания, соотношением

,

выражение для определения среднего значения выпрямленной ЭДС записывается в более удобной форме:

.

В случае непрерывной проводимости среднее значение вып­рямленного напряжения также будет определяться из уравнения (1.64). Среднее значение выпрямленного тока вычисляется по формуле:

. (1.65)

Для построения кривой мгновенного выпрямленного тока пользу­ются приведенным в [3] выражением:

, (1.66)

где .

Действующее значение тока через вентиль (для нулевых схем оно будет и действующим значением тока вторичной обмот­ки преобразовательного трансформатора) в режиме любой прово­димости определяется по формуле:

. (1.67)

Работу выпрямителей в режиме прерывистого тока можно рас­смотреть на следующих примерах.

1.8.1. Для однофазной нулевой схемы выпрямления, со­держащей шунтирующий вентиль (рис. 1.29), опреде­лить средние значения тока и напряжения нагру­зки, действующие значе­ния токов через вентили. Построить кривые мгновен­ных значений выпрямленных токов и напряжения. Дей­ствующее значение ЭДС пе­рвичной обмотки трансфор­матора =380 В, ко­эффициент трансформации =1,73, активное со­противление нагрузки =0,3 Ом, индуктивность нагрузки =0,02 Гн, противоЭДС =20 В, угол управления = 60°.Трансформатор и вентили идеальные.

 

Рис. 1.29. Однофазная нуле­вая схема с шунтирующим вентилем

 

Расчет искомых параметров производится следующим образом.

1) Находится действующее значение ЭДС вторичных обмоток трансформатора

В.

2) Находится угол включения , определяемый значением противоЭДС нагрузки

°.

Поскольку угол включения определяемый противоЭДС нагрузки, меньше угла отпирания , то момент времени, с которого вентили будут проводить ток, совпадает с углом от­пирания =60 °.

3) Подсчитывается относительное значение противоЭДС и . По диаграмме (см. рис. 1.27), по за­данному углу отпирания определяется угол выключе­ния :

;

;

°.

Полученное значение угла выключения значительно больше значения угла выключения, определяемого противоЭДС нагрузки , следовательно, ток в нагру­зке будет иметь непрерывный характер. Включение шунтирующего вентиля будет происходить в момент времени, когда потен­циал его анода станет выше потенциала катода, то есть в точке, определяемой углом =176,3° (рис. 1.30).

4) Среднее значение выпрямленной ЭДС в соответствии с (1.64) при =2 равно

В.

а среднее значение тока нагрузки в соответствии с (1.65) равно

А.

Поскольку ток в нагрузке имеет непрерывный характер, а трансформатор и вентили идеальные, с достаточной точностью можно считать, что переключение токе нагрузки с вентиля на вен­тиль происходит мгновенно, а ток через вентиль в период его проводящего состояния остается неизменным и равным среднему значению тока нагрузки. Тогда действующее значение тока через вентили и , равное действующему значению тока вторич­ной обмотки, находится по формуле:

А.

 

Рис. 1.30. Токи и напряжения в однофазной нулевой схеме с шунтирующим вентилем

 

 

а действующее значение тока через шунтирующий вентиль по формуле:

А.

Кривые токов и напряжений приводятся на рис.1.30.

1.8.2. Для схемы (рис. 1.31) рассчитать средние значения тока и напряжения нагрузки, дей­ствующие значения токов обмоток трансформатора и действующие значения то­нов через вентили. Пос­троить кривые мгновенных значений выпрямленных то­ка и ЭДС, токов вентилей. Значение ЭДС первичной обмотки трансформатора =220 В, коэффициент трансформации =2, активное сопротивление нагрузки =1 Ом, индуктивность нагрузки =0,0017 Гн, противоЭДС =80 В, угол управления =20°. Трансформа­тор и вентили идеальные.

Расчет производится следующим образом.

1) Определяется действующая ЭДС вторичной обмотки тран­сформатора

В.

 

Рис.1.31. Однофазная мос­товая схема с противоЭДС

 

2) Находится угол включения, определяемый значением противоЭДС нагрузки:

.

Значение угла включения больше заданного угла отпирания . Следовательно момент времени, с которого вентили будут проводить ток, совпадает с углом включения .

3) Подсчитывается относительное значение противоЭДС , и по диаграмме (см. рис. 1.27) для получен­ного угла включения 31° определяется угол выключения

,

 

Поскольку , то преобразователь будет работать в режиме прерывистой проводимости.

4) Среднее значение выпрямленной ЭДС согласно выражению (1.64) при =2 равно

В,

а среднее значение выпрямленного тока согласно (1.65) равно

А.

5) Мгновенное значение выпрямленного тока будет совпадать с мгновенным значением тонов через вентили и согласно выраже­нию (1.66) рассчитывается по формуле:

 

По этой формуле строится кривая изменения тока нагрузки, ко­торая приведена на рис.1.32.

 

Рис. 1.32. Токи и напряжения в однофазной мостовой схеме с противоЭДС

 

6) Действующее значение тока через вентили согласно выражению (1.67) находится как:

После интегрирования последнего выражения и подстановки чис­ленных параметров получается

А.

Действующее значение тока вторичной обмотки силового трансформатора рассчитывается по формуле:

А.

 

Предыдущая статья:Рекомендации по выбору схем выпрямителей однофазного и трехфазного питания Следующая статья:ГЛАВА 2. УПРАВЛЕНИЕ ВЕНТИЛЬНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
page speed (0.0723 sec, direct)