Импульсные преобразователи постоянного тока. Цель лекции:рассмотреть вопросы: расчет параметров коммутирующего контура; схемы импульсных преобразователей

Лекция 25.

Цель лекции: рассмотреть вопросы: расчет параметров коммутирующего контура; схемы импульсных преобразователей.

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОММУТИРУЮЩЕГО КОНТУРА

Анализ процессов коммутации в схеме с приложением обратного напряжения (рис. 8.5, см. рис. 8.3). На интервале t₀—t_x конденсатор С_к, заряженный предварительно от источника до напряжения U_n, переза­ряжается через катушку индуктивности L_K (см. рис. 8.5, а). Принимая активное сопротивление R_к коммутирующего контура равным нулю, запишем уравнение равновесия цепи:

(8.2)

Начальные условия i_с = О, U_C = - U_n. Решение уравнения (8,2) имеет' следующий вид:

(8.3)

(8.4)

При ω₀t=π диод VD смещается в обратном направлении, и колебательный процесс прекращается.

Затем принимаем за нулевой момент времени t = t₃, когда включа­ется вспомогательный тиристор VT2 (см. рис. 8.5, б). Конденсатор С_к на интервале t₂—t₃ разряжается неизменным по своему значению током нагрузки i_н, поэтому

(8.5)

Напряжение на нагрузке

(8.6)

Когда напряжение на конденсаторе снижается до нуля (u_с = 0), процесс выключения главного тиристора VT1 завершается. Из урав­нения (8.5) следует

(8.7)

Коммутационный процесс завершается, когда u_с = -U_n. Из уравне­ния (8.5) при u_с = -U_n „ может быть получено выражение

(8.8) где t_c — время, "предоставляемое" тиристору для коммутации.

Рис. 8,5. Эквивалентные схемы тиристорного ключа (см. рис. 8.3) для анализа комму­тационного процесса в момент t = t₁ (а) и в момент t = t₃ (б)

Время t_c обратно пропорционально току нагрузки и при малых токах значительно.

Расчет требуемых значений L_K и С_к для схемы с приложением обратного напряжения. Из выражения (8.7) следует

(8.9)

где I_нmах — максимальное значение тока нагрузки.

Исходя из допустимого значения суммарного анодного тока ти­ристора VT1 на интервале t_t—t₂, запишем условие для определения индуктивности L_K колебательного контура:

где t_T— минимальное время открытого состояния тиристора VT1, определяемое исходя из максимальной скважности регулирования напряжения нагрузки и допустимых зна­чений скорости нарастания и амплитуды прямого тока тиристора VT1.

Ток конденсатора достигает амплитудного значения при ω₀t= π/2:

(8.11) Отсюда

Анализ процессов коммутации в схеме с импульсом обратного тока (рис. 8.6, см. рис. 8.4). До момента t₁ тиристор VT1 закрыт. На интервале t₁—1₂ происходит перезаряд предварительно заря­женного конденсатора С_к на противоположную полярность по цепи открывшегося тиристора VT1 через диод VD2 и коммути­рующий дроссель L_K. В идеальном коммутирующем контуре урав­нение равновесия аналогично уравнению (8.2). Принимая начальные условия i_c = О, U_c = U_с0, запишем решение уравнения:

(8.13)

(8.14)

(8.15)

При ω₀t=π диод VD2 смещается в обратном направлении, и ко­лебательный процесс прерывается. Через тиристор на интервале t₁—t₂ протекает суммарный ток цепи нагрузки i_н и коммутирующего контура i_с: i_VT1 = i_н + i_c

Рис. 8.6. Эквивалентные схемы тиристорного ключа (см рис. 8.4) для анализа комму­тационного процесса в момент t = t₁ (а) и в момент t =t₃ (б)

На интервале t₂—t₃ тиристор VT1 остается в открытом состоянии, и напряжение источника U_n приложено к нагрузке. В момент t₃ от­крывается коммутирующий тиристор VT2 (см. рис. 8.6, б). В контуре коммутации восстанавливается прерванный колебательный перезаряд конденсатора С_к на исходную полярность. При этом на интервале t₃—t₃' ток в контуре коммутации i_с в тиристоре VT1 направлен встреч­но току i_н и "вытесняет" его полностью в момент t₃', когда ток i_с нарастает до значения i_н. Дальнейшее увеличение тока i_с приводит к смещению диода VD1 в прямом направлении и смещению тиристора VT1 в обратном направлении. В момент t₄ ток i_с снижается до значе­ния тока нагрузки и, если напряжение на конденсаторе и_с < U_n, то происходит линейный дополнительный заряд конденсатора С_к током i_н на интервале t₄—t_s. На интервале t₅—t₆ ток контура коммутации снижается до нуля. При этом диод VD₀ смещается в прямом направ­лении и проводит ток i_VD0 = i_H - i_c, а энергия, запасенная в дросселе L_K, передается конденсатору, и его напряжение повышается до значе­ния U_c0.

На интервале t₃—t₄, равном времени t_П, "предоставляемом" для выключения тиристора VT1, тиристор VT1 должен восстанавливать свои блокирующие свойства. К нему в прямом направлении в момент t₆ прикладывается напряжение U_co

СХЕМЫ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Классификация схем. Существует множество схем импульсных пре­образователей постоянного тока. Это многообразие, главным обра­зом, связано с использованием различных схемных способов прину­дительного конденсаторного выключения однооперационных тирис­торов, составляющих основу полупроводникового ключа.

Схемы классифицируются по следующим признакам: способу за­пирания тиристоров (обратным напряжением, обратным током), виду коммутации (одноступенчатая, двухступенчатая), схеме включения коммутирующей ЭДС (параллельная, последовательная), структуре цепей заряда и разряда коммутирующего конденсатора зависимая, независимая).

Рис. 8 8. Схемы импульсных преобразователей постоян­ного тока с одноступенчатой коммутацией контуром, параллельным тиристору (а), нагрузке (б) и включением L_K параллельно тиристору (в, г)

Схемы с одноступенчатой коммутацией. В простейших схемах с одноступенчатой коммутацией для запирания тиристоров использу­ются постоянно включенные колебательные цепи (рис. 8.8).

При включении тиристора VT в L_кС_к-контуре возникает колеба­тельный процесс. Через некоторое время ток в тиристоре "вытесняет­ся" встречным током колебательного контура и становится равным

Рис. 8 9. Базовые схемы тиристорных импульсных преобразователей с коммутацией импульсом обратно!о тока (а, в, д) и приложением обратного напряжения (б, г. ё)

нулю. Тиристор запирается обратным напряжением от коммутирую­щего конденсатора. Для изменения среднего значения напряжения на нагрузке в этих схемах может быть применен лишь частотно-импульс­ный способ, что заметно ограничивает регулировочные свойства и энергетические показатели преобразователя. Поэтому в подавляющем большинстве случаев в современных тиристорных импульсных преоб­разователях используются схемы с двухступенчатой коммутацией.

Схемы с двухступенчатой коммутацией (рис. 8.9). В таких схемах коммутирующие цепи присоединяются к цепи силового (главного) тиристора с помощью вспомогательных (коммутирующих) тиристо­ров в определенные моменты времени, и ток главного тиристора на короткий интервал времени проходит через коммутирующий тирис­тор. При этом запирание главного тиристора может осуществляться обратным напряжением (жесткая коммутация) или импульсом обрат­ного тока (мягкая коммутация).

Дата добавления: 2014-01-07