Файл: Бродовский В.Н. Приводы с частотно-токовым управлением.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.07.2024
Просмотров: 108
Скачиваний: 1
Рис. 2-20. Схема ПТ с люфтом иа транзисторах.
транзистора 7'2 станут равными пулю ток /„ и ток во вторичной обмотке трансформатора 6. Транзистор 7^ будет поддерживаться в открытом состоянии током во вторичной обмотке трансформатора S. Когда ток i спадет до нуля и на выходе СФ будет выполняться усло вие 1цх = ( Л | транзистор Г\ снова закроется и работа ПТ будет проис
ходит согласно описанному выше.
|
Таким |
образом, при /|1х = 1л = 'у.мако |
силовые транзисторы 2 и 4 |
||
усилителя |
напряжения начинают переключаться и формировать ток |
||||
I'O, |
равный |
Д/ (максимальное |
значение |
тока нагрузки 1Ы акс = 2Д/, |
|
а |
минимальное — I ' M I 4 I =0) . При i n x > i j i |
работа ПТ идет так же, как |
|||
и |
при 1пх = ''л. При токе ins другого |
знака и при | i n x | ^ U работает |
|||
усилитель на транзисторах Т\ |
и 7'2 |
н соответственно переключаются |
транзисторы 1 и 3, формируя в нагрузке ток i другого направления. Необходимо отметить, что для нормальной работы трансформато ров управления 9 и 10 и трансформаторов тока 5—8 их сердечники должны быть неремагиичепы до исходного состояния. Для этого па всех трансформаторах предусматриваются вторичные обмотки, ко торые включаются в цепи постоянных токов. На рис. 2-20 цепи перемагничипання сердечников трансформаторов 9 и 10 состоят из сопро
тивлении R3, Я'з и дросселей / / , 12. |
Цепь.перемагинчивания сердеч |
||||
ников трансформаторов |
5—8 является |
общей |
и состоит из сопротивле |
||
ния Ri и |
дросселя |
13. |
Псремагиичпвание |
сердечников происходит |
|
в периоды, |
когда по |
пх |
первичным обмоткам не текут рабочие токн. |
В рассмотренном выше случае перемагпнчиванне сердечников транс форматоров 5 и 9 происходило во время спада тока (', а сердечника трансформатора 8—во время нарастания тока i.
2-9. ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ТОКА НА ТИРИСТОРАХ
Переключателем тока назовем устройство, состоящее из двух силовых ключей усилителя напряжения с принудительной коммута цией. При этом в него входят силовые ключи, смежные по нагрузке, например С/С,, С/(2 или СКз, СКи (рис. 2-2). Переключатель тока является основной составной частью многофазных усилителен напря жения; в трефазных усилителях используются три переключателя тока, в однофазном — два.
В настоящее время известно много различных схем переключате лей на тиристорах [Л. 26, 33, 37, 38, 47]. Однако многие из них-явля ются сложными и не имеют достаточного быстродействия. В [Л. 38] описана схема, которая удовлетворяет большинству требований, предъявляемых к переключателям тока. Неостатками этой схемы можно считать значительное количество тиристоров (два основных и два вспомогательных в одном переключателе тока) и сложность схемы управления, так как необходимо формировать раздельные сигналы управления всеми тиристорами с соблюдением определенной очередности их включения.
Рассмотрим переключатель тока (рис. 2-21), который содержит всего два тиристора, играющих одновременно роль основных (рабо чих) и вспомогательных тиристоров [Л. 18]. Тиристор 2 обеспечивает
подключение нагрузки |
к плюсу источника |
постоянного напряжения |
Ua через диод 13 и |
нелинейный дроссель |
5, а тиристор 1 под |
ключает нагрузку к минусу источника напряжения через диод /4 и нелинейный дроссель 6. Закрывание тиристоров производится с по мощью коммутационного контура, содержащего конденсатор 9 и линейный дроссель 10. Тиристор 2 вместе с диодами 13 и 7 образует
111
один силовой ключ, а тиристор 1 с диодами 14 и S — второй силовой ключ переключателя тока. Нелинейные дроссели 5 и 6 выполняются на тороидальных сердечниках, материал которых имеет прямоуголь ную петлю гистерезиса. Первичные (раздельные) обмотки дросселей 5 и 6 включены соответственно в цепи тиристоров 2 и 1. Общая вторич ная обмотка включена таким образом, что ток, протекающий по ней от источника напряжения Ua и определяемый резистором II н дрос селем 12, производит персмапшчнпанпе сердечников дросселей до исходного состояния (до состояния насыщения с индукцией — В м а к с ) .
Рабочее состояние сердечников дросселей 5 п 6 характеризуется индукцией насыщения Н-#М анс В рабочее состояние сердечники пе-
ремагничиваются под действием напряжения |
Un, подаваемого на |
|
первичные обмотки дросселей. Если |
сердечник |
дросселя находится |
в насыщенном состоянии, то дроссель |
не представляет сопротивления |
для протекания тока по его первичной обмотке в направлении от начала к концу. Если сердечник дросселя персмапшчнвается из исходного состояния в рабочее (индукция в сердечнике меняется от
—£,чакс до 4-Вмакс), то на время перемапшчнвання дроссель пред ставляет собой большое сопротивле-
|
ипе для протекания така то первич |
||||||
|
ной обмотке IB (Названном |
выше |
на |
||||
|
правлении. |
|
|
|
|
|
|
|
Работа |
переключателя |
тока опре |
||||
|
деляется во многом типом ПТ. в ча |
||||||
|
стности |
временной |
диаграммой |
сиг |
|||
|
налов |
управления |
тиристорами |
от |
|||
|
схемы формирования. |
|
|
|
|||
К нагрузке |
Рассмотрим работу |
переключате |
|||||
ля, представленного |
на |
рис. 2-2-1, .при |
|||||
|
следующих |
начальных условиям: ток |
|||||
|
в нагрузке |
i .протекает |
н |
нарастает |
вшаправлепии, указанном стрелкой: открыт тиристор 2 (дроссель 5 на ходится в рабочем состоянии), тири стор 1 закрыт |(1Дроосель 6 находится
висходном состоянии). В 'моментвре мени, когда ток i достигает своего максимального значения /макс, СФ фор.мирует сигнал управления, от крывающий тиристор / (сигнал уп
|
|
|
|
|
|
равления |
с |
тиристора |
2 'был |
снят |
||||||
Рис. |
2-21. |
Схема |
переклю |
заран-ее |
|
или |
снимается |
в |
момент |
|||||||
подачи |
сигнала управления |
на |
тири |
|||||||||||||
чателя тока |
с двумя |
тири |
||||||||||||||
стор |
1). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
сторами |
и |
дросселями на |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
сыщения. |
|
|
|
|
При |
открывании |
тиристора |
1 |
на |
|||||||
|
|
|
|
|
|
чинается |
|
коммутация тиристора |
2, |
|||||||
которая |
происходит |
под действием |
колебательного |
процесса в |
кон |
|||||||||||
туре, |
состоящем |
из |
конденсатора |
9 |
и |
дросселя |
10. |
Колебатель |
ный процесс длится один период и протекает следующим образом. Первая полуволна тока колебательного процесса проходит по цепи:
тиристор |
2 — конденсатор 3 —дроссель |
10 — тиристор / — источник |
|
питания. |
Вторая полуволна тока колебательного процесса проходит |
||
по цепи, |
состоящей из диодов 8 н 14, дросселя |
10, конденсатора 9, |
|
диодов |
13 п 7 и источника питания. Во |
время |
протекания второй |
полуволны тока на тиристоры / и 2 подаются напряжения запирания, 112
равные соответственно падениям напряжений на диодах 8, 14 |
и 13, 7. |
В результате этого тиристор 2 закрывается и колебательный |
процесс |
прерывается. С момента открытия тиристора / до момента закрытия
тиристора 2 |
(во |
время |
колебательного |
процесса) иа |
первичную |
обмотку дросселя |
6 подается напряжение t/д, под действием которого |
||||
его сердечник |
начинает |
перемагннчиваться |
из исходного |
состояния |
в рабочие. При этом сопротивление дросселя протеканию тока через открытые тиристоры 1 и 2 велико н короткого замыкания источника питания по цепи этих тиристоров пе происходит.
Выбор параметров дросселя 6 производится таким образом, что
бы время перемагннчивания его -сердечника из исходного |
состояния |
в рабочее под действием напряжения Uu было не меньше |
одного пе |
риода колебаний тока коммутационного контура. После закрывания тиристора 2 ток в нагрузке начинает спадать, протекая по цепи, в которую включены диод 8 и первичная обмотка дросселя 6. Ток нагрузки i трансформируется из первичной обмотки дросселя 6 во вторичную, которая оказывается подключенной к источнику напряже ния U„ через диод 15. Происходит перемагинчиванне сердечника дросселя б до исходного состояния. Пока сердечник дросселя 6 перемагничивается под действием тока нагрузки, перемагннчивания сердечника дросселя 5 не происходит — он остается в рабочем со стоянии. Это объясняется тем, что вторичная обмотка дросселей является общей. Далее работу переключателя тока надо рассматри вать, принимая во внимание длительность управляющего сигнала, по данного на тиристор 1 при i=/M anc. Рассмотрим несколько случаев.
При работе переключателя тока в ПТ без люфта сигнал управ ления на тиристор 1 подастся на все время спада тока i от 1М акс ДО 'мин. При 1 = { м ш 1 , когда на тиристор 2 подается сигнал управления,
сигнал с тиристора 1 снимается и начинается его коммутация. В ре зультате протекания второй полуволны тока колебательного процесса по диодам 8 и 14 тиристор / закроется — колебательный процесс прекратится. Так как во время коммутации оба тиристора оказывают ся открытыми одновременно, то напряжение источника питания Ua приложено к дросселю 6 (дроссель 5 был в рабочем состоянии). Для этого сердечник дросселя 6 должен перемагнититься до исходного состояния за время спада тока i.
После закрывания тиристора / сердечник дросселя 6 начнет пе ремагннчиваться под действием тока, определяемого резистором И. К моменту времени, когда ток / снова достигнет значения /макл, дроссель 6 должен быть щ исходном состоянии, так как тгрн коммута
ции тиристора 2 напряжение |
источника питания |
Ua будет подано на |
него. |
|
|
Таким образом, при г>0 |
перемагинчиванне |
сердечника дроссе |
ля 6 до исходного состояния из рабочего производится как за время
спада, так и за время нарастания тока i (в § 2-3 |
было показано, что |
||||||
эти времена могут быть |
равными Го/4), а |
колебательный |
процесс |
||||
в контуре происходит как при г = 1 М а к с |
так |
и при г'=£миВ . |
типов. |
||||
Рассмотрим |
работу |
переключателя |
тока |
в |
ПТ других |
||
В ПТ с люфтом |
сигнал |
управления, поступивший |
на тиристор 1 при |
||||
' = 'макс, снимается с |
него сразу же после |
окончания коммутации |
тиристора 2 (после начала спада тока i). Так как с началом спада тока i ток в тиристоре / не протекает, то он оказывается закрытым к моменту времени, когда ток i спадет до значения г'мпп. Следова тельно, при ! = i'M]IH, когда иа тиристор 2 будет подан сигнал управле
ния, колебательного процесса в коммутационном контуре не произой-
8—318 113
Дет. Это значит, что сердечник дросселя 6 ие обязательно перемаГничнвать до исходного состояния за время спада тока L Достаточно перемагнитить его к моменту времени, когда ток i снова достигнет значения /'маис-
Таким образом, в рассмотренном случае время перемагнпчнваиня ta сердечника дросселя 6 из рабочего состояния в исходное должно
быть не больше времени одного периода частоты переключений сило вых ключей, т. е. для ПТ с люфтом / ц ^ Г 0 , а для ПТ с программным управлением / П ^ 2 Г 0 .
Время перемагнпчнваиня сердечника дросселя 6 из рабочего со стояния в исходное может быть определено из формулы
где /<л — коэффициент, показывающий, во сколько раз время запира ния /:, тиристора меньше периода колебательного процесса в комму
тационном контуре |
(обычно /<п = 3); /Ст — коэффициент трансформа |
||
ции напряжения дросселей 5 и 6 |
(обычно К т «5-f-20). |
|
|
При /:, = 15 - 10-е |
сек, Л'г=10, |
Л'з^З имеем / „ « 5 0 0 • 10-° сек. |
Это |
значит, что на основе рассмотренного переключателя тока '(рис. |
2-21) |
могут быть спроектированы: ПТ без люфта с начальной частотой пе
реключения / о « 5 0 0 |
гц; ПТ с люфтом с начальной частотой |
2 кгц; |
ПТ с программным |
управлением с начальной частотой 4 кгц. |
В соот |
ветствии с этим для названных ПТ могут быть получены |
предельные |
||
выходные частоты токов 25 |
гц, 100 гц |
л\ 200 гц соответственно. |
|
В рассмотренных случаях |
при i>0 |
ток i протекал по |
тиристору 2 |
(основному тиристору), а тиристор / играл роль вспомогательного, осуществляющего коммутацию основного. При другом направлении
тока в нагрузке |
|
тиристор 1 будет |
играть |
роль основного, а |
тири |
|||||||||
|
|
|
|
стор |
2 — вспомогательного. |
При |
|
этом |
||||||
|
|
|
|
дроссель 6 |
будет |
в рабочем |
состоянии, |
|||||||
|
|
|
|
а дроссель 5 будет выдерживать напря |
||||||||||
|
|
|
|
жение источника питания при коммута |
||||||||||
|
|
|
|
циях. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Переключатель ггока, представленный |
|||||||||
|
|
|
|
на ipно. |
2-21, |
является |
(помехоустойчи |
|||||||
|
|
|
|
вым, |
так как |
одиночный |
сигнал помехи |
|||||||
|
|
|
|
с длительностью ле более половины пе |
||||||||||
|
|
|
|
риода колебательного процесса в комму |
||||||||||
|
|
|
|
тационном |
контуре, |
поступивший |
на |
|||||||
|
|
|
|
любой |
из |
тиристоров, |
|
приводит |
лишь |
|||||
|
|
|
|
к дополнительной 'коммутации. Для |
того |
|||||||||
|
|
|
|
чтобы ,могли быть возможны дополни |
||||||||||
|
|
|
|
тельные |
коммутации, |
дроссели |
5 |
и 6 |
||||||
|
|
|
|
.рассчитывают таким образом, что их |
||||||||||
|
|
|
|
сердечники |
перемагаичиваются из |
исход |
||||||||
|
|
|
|
ного состояиия в рабочее за время двух- |
||||||||||
|
|
|
|
трех периодов колебаний в коммутаци |
||||||||||
|
|
|
|
онном контуре. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Достоинством |
рассмотренного |
пере |
|||||||
|
|
|
|
ключателя |
тока является также то, что |
|||||||||
Рис. .2-22. |
Схема |
пере- |
он |
позволяет |
строить |
/простые |
схемы |
|||||||
ключателя |
тока |
с |
двумя |
формирования |
сигналов |
|
управления |
ти- |
||||||
рабочими и двумя предо- |
ристорами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
хранительными |
тиристо- |
|
На |
рис. |
2-22 |
'показана |
схема |
|||||||
рами. |
|
|
|
переключателя |
тока, |
в |
котором |
роль |
114
нелинейных дросселей 5 и 6 в схеме рис. 2-21 играют тирисгоры 5 и 5. Так как времена закрывания тиристоров очень малы, то этот пере ключатель тока обладает более высоким быстродействием. В схеме этого переключателя" тока дроссель коммутационного контура пред ставлен в виде двух отдельных воздушных дросселей 10 и 10', а кон денсатор 9 коммутационного контура подключен параллельно тири сторам 5 и 6. Характерной особенностью этого переключателя тока является то, что скорости нарастания напряжения на тиристорах пе реключателя оказываются строго ограниченными. Это делает его ра боту высоконадежной. Однако схемы формирования ПТ различных типов с использованием этого переключателя тока сложней схем фор мирования соответствующих ПТ на основе переключателя тока с не линейны м и д россел ям и.
2-10. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТОКА НА |
ТИРИСТОРАХ |
|
На рис. 2-23 представлена схема |
однофазного ПТ |
|
с силовым |
усилителем напряжения на основе переключа |
|
теля тока |
рис. 2-21. Цепи вторичных |
обмоток нелиней- |
0- ту
Рис. 2-23. Преобразователь тока на тири сторах.
ных дросселей переключателей тока не показаны, чтобы не загромождать рисунок.
Рассмотрим работу усилителя напряжения и схемы формирования применительно к различным типам ПТ. При этом будем (подразумевать, что ток *у (поступает на вход схемы -формирования с выхода измерителя тока (рис. 2-18), который одновременно выполняет функции сравнивающего элемента.
8* |
1.15 |
'В § 2-3 было показано, что при работе ПТ без |
люфта |
||
в усилителе напряжения |
(рис. 2-23) |
должны быть |
пооче |
редно открытыми лары |
тиристоров |
1, 3, и 2, 4, причем |
|
на время нарастания тока /должны |
быть открыты |
тири |
|
сторы 2 и 4, а па время |
спада тока |
I — тиристоры |
1 и 3. |
На рис. 2-24 дана упрощенная принципиальная схема формирования для ПТ без люфта, основным элементом которой является триггер на транзисторах Т\ и Тг. На вход триггера («а вход СФ) поступает ток iy, играющий роль сигнала ыу в схемах рис. 2-1 и 2-2.
На рис. 2-24 показаны резисторы Щ2 и конденсаторы
2С. Эти элементы перенесены сюда из схемы ИТ |
рис. 2-18 |
с тем, чтобы показать, каким образом выход |
ИТ под |
ключается ко входу СФ. Триггер управляет усилителями на транзисторах Т3 и Ti, на выходах которых формиру-
Рис. 2-24. Схема формирования ПТ без люфта.
-ются напряжения и\—и\ для управления тиристорами /—4 соответственно. Благодаря триггеру схема форми рования имеет регулировочную характеристику типа «гистерезис», при этом ширина петли гистерезиса зада ется с помощью резисторов R± — Ri. и равна 2гу.макс О'у.макс выбирается в соответствии с требуемой величи ной А/),