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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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/),