CC BY
11
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
УДК 621.331(075.8) В. В. БИРЮКОВ
Новосибирский государственный технический университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАКОНА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТНОГО ТИРИСТОРНО-ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА В РЕЖИМЕ ПУСКА_
В статье рассматриваются вопросы, связанные с определением закона регулирования выходного напряжения на зажимах тягового электродвигателя (ТЭД) в функции скорости подвижного состава в режиме пуска.
Применение тиристорно-импудьсного регулято- ного расчета точностью, может быть определена из
ра для питания ТЭД постоянного тока, дающего, как выражения известно, ряд преимуществ [1,2,3], безусловно, предполагает использование его и для электрического ц -tfU 111 торможения (служебного и экстренного), как реку- тзд Тр " р пиш' перативного, так и реостатного.
Общеизвестно, что простейшим, как по способу где tu — величина времени импульса (когда ТЭД
управления, так и по схемному решению, является подключен к источнику питания);
однофазный частотно-импульсный прерыватель на [ — частота регулирования;
SC£-тиристоре, принципиальная электрическая схема Vmm — напряжение источника питания (в дальней-
которого с диаграммами мгновенных значений токов ших расчетах Urmm=const).
и напряжений на некоторых элементах представлена Из выражения (1) видно, что, изменяя / от 0 до
на рис. 1. Средняя за периодрегулирования величина некоторого значения, можно увеличивать напряже-
напряжения U на зажимах ТЭД, работающего в ние на ТЭД от нуля до номинальной величины, т.е.
генераторном режиме с достаточной для инженер- осуществлять пуск мотора и разгон экипажа до
необходимой скорости с соблюдением требований «Правилтехнической эксплуатации» (предусматривающих в большинстве случаев ограничение ускорения при пуске до 1,5 м/с2 со скоростью его нарастания не более 2 м/с3).
При инженерном расчете элементов схемы преобразователя (У5,УДСк,^) необходимо определить наиболее тяжелый режим работы каждого из элементов, что проще всего сделать, рассмотрев в качестве примера пусковую диаграмму ТЭД последовательного возбуждения (см. рис. 2), наложенную на электромеханическую характеристику.
Наиболее тяжелым режимом работы полупроводниковых элементов преобразователя (У5и ТО) являются точки вис пусковой диаграммы, в которых действующие токи, протекающие в течение периода регулирования через диоди тиристор соответственно, достигают максимальных значений, равных /п. В соответствии с рекомендациями [3] полупроводниковые приборы должны выбираться по току и напряжению, максимальная величина которого для У5равна 1!п, а для УБ — 2СУп (см. диаграммы рис. 2).
Наряду с током и напряжением одним из важнейших параметров, определяющих выбор типа полупроводникового прибора, является максимальная рабочая частота. С увеличением частоты возрастает доля коммутационных потерь, выделяемых в р-л переходе. Поэтому по мере роста частоты регулирования необходимо либо снижать токовую нагрузку полупроводникового прибора в соответствии с рекомендациями [3], либо выбирать более сильноточный прибор, обеспечивая тем самым необходимый запас по току. При выборе типа полупроводникового прибора (частотный, быстродействующий, динамический и т.д.) необходимо установить максимальное ее значение для проектируемого преобразователя, что достаточно просто сделать, руководствуясь следующими соображениями. Очевидно, что минимального своего значения частота регулирования достигает в т. а, соответствующей началу движения экипажа. Для подтверждения этого сопоставим между собой частоты регулирования преобразователя в точках а (/ц), в (/(1) и с (^с). Из уравнения
^тзд ^тэд^тэд СФу ,
(2)
-ж
м ui?
I
to h 12 h tj
X..
u„„
ж
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема и диаграммы токов и напряжений однофазного преобразователя
в /
Рис. 2. Пусковая диаграмма ТЭД постоянного тока последовательного возбуждения
АЛЯ т. в Um3g = tufBUnuw
= (4 + 5)1тргтэд,
где fnnd — суммарное сопротивление якорной цепи ТЭД; С — постоянная машины; Ф — поток машины; v — скорость экипажа,
следует, что для т. а выражение (2) преобразуется к виду
^тэд ~ ^тр^тзд >
где /mj)«(0,2...0,25)/n — ток трогания экипажа; для т. в —
^тэд ^п^тэд <
где 1п - максимальный пусковой ток экипажа (т.к. скорость еще достаточно мала, то можно положить СфуеО); для т. с —
итэд:=1^тод + СФУпп,
где v„„ — скорость выхода на автоматическую характеристику (в зависимости от типа используемых ТЭД она колеблется от 14 до 20 км/ч).
Полагая величину fu = const и воспользовавшись (1), имеем:
Аля т. a Um3g = tufaUnum = ¡тргтэд,
откуда /в
Соотношения частот регулирования для точек в и с можно получить на основании выражений (1) и (2), полагая в них 1/тэд равным 0, что вполне приемлемо для инженерной точности расчетов, т.к. для существующих типов ТЭД//п1;щк(0,05...0,08) ишт. Учитывая, что в т. в скорость экипажа не превышает величины Уа=1...2км/ч, получаем;
итэд=СФУв=1иГвипит,
fr=-
Таким образом, определяющей для выбора типа полупроводникового прибора частотой является частота регулирования в т. с.
Не менее важным наряду с определением параметров полупроводниковых приборов является расчет величин элементов коммутирующего контура — конденсатора Ск и дросселя Величина первого из элементов может быть определена с достаточной для инженерного расчета точностью из выражения
^лит^сх ~ CKAU ,
(3)
где (и=Ам„=^-2<лыхл — время, предоставленное схемой для запирания тиристора УБ; <ВЫ](Д— время (паспортное) восстановления запирающих свойств тиристора; „Ш1— минимальная величина обратного напряжения, приложенного к тиристору при запирании.
Тогда
1 21 f £ _ 11£'1П1-ВЫКЛ
к и
^ пит мни
(4)
Величина индуктивности коммутирующего дросселя может быть определена из условия ограничения амплитуды протекающего через тиристор тока контура коммутации;
¿к =
С1]1
(Iмакс Iп )
(5)
где 1кЫс — амплитуда тока контура коммутации, определяемая из параметра |(2с?ЦЗ].
Из приведенных выше соображений следует, что изменение частоты работы преобразователя необходимо производить в функции тока ТЭД и скорости экипажа. Для построения закона регулирования необходимо рассмотреть более детально, отчего зависит длительность импульса tu. Согласно [2] и рис. 1
(6)
где (Л1 = п— время перезаряда коммутирующего конденсатора; 2 и С
— время запирания тиристора и
Рис. 3. Кривая зависимости М однофазного частотного преобразователя
характер. Зависимость итэд(у) — более сложная: первая составляющая выражения (2) зависит от / линейно; вторая — нелинейно от / (что связано с кривой В(Н) намагничивания стали) и линейно от V. Решая совместно (1), (2) и (7) и учитывая, что кривая Ф(1 ) может быть представлена в виде
Ф = Ъ(тэд - >
12тэд ' п^У4^1* выражение для закона
регулирования:
^ _ Цщзд _ *тэд^тзд "*" СФУ р — / л/ ~~ I и
¡2пидГ + С( К312тэд - . JV
______1тэд
к1'тэ£г + к2
(8)
заряда С, от 0 до Ц1ци.
Из формулы (6) видно, что (ц — величина непостоянная, зависящая от тока ТЭД. После выхода на автоматическую характеристику (кривая и И0Ы на рис. 2) и дальнейшего разгона экипажа ток мотора уменьшается, что приводит к увеличению длительности и, как следствие — увеличению (ц. При сохранении величины частоты регулирования это приводит к возрастанию подводимого к ТЭД напряжения (см. кривую иг рис. 2), что недопустимо. Поэтому по мере разгона подвижного состава необходимо либо стабилизировать величину <ц, либо снижать частоту работы преобразователя. Первое достигается аппаратными средствами путем применения цепей ускоренного перезаряда Ск. Но этот способ, во-первых, не позволяет достичь жесткой стабилизации ((ц продолжает увеличиваться, хотя и в меньшей степени), а во-вторых — ведет к усложнению и удорожанию преобразователя. Второй способ более привлекателен, поэтому рассмотрим его более подробно.
Представив выражение (6) в виде
который носит трансцендентный характер.
На участках а-в и с-с1 пусковой диаграммы трансцендентный характер зависимости проявляется в полной мере. На участке в-с закон регулирования носит линейный характер и приводится к виду
э^ п/
ГАеК5_ ' АчК+КгУ Кб_ " ' У(к,1п + к2)-
Кривая зависимости [ (V) представлена на рис. 3.
Библиографический список
/
1. Розенфельд В Н. Тиристорное управление электрическим подвижным составом постоянного тока (Текст]: / В.Е. Розенфельд (и др.) - М.: Транспорт, 1970. - 240 с.
2. Ефремов И.С. Теория и расчет электрооборудования подвижного состава городского электрического транспорта. Учебник для вузов [Текст]: / И.С. Ефремов, Г.В. Косарев - М.: Высшая школа, 1976. — 480 с.
3. Чебовский О.Г. Силовые полупроводниковые приборы (справочник) [Текст] / О.Г. Чебовский, Д.Г. Моисеев, Р.П, Не-дошивин - М.: Энергоатомиздат , 1985. — 512 с.
■ I I')
'тэд
и используя выражения (1) и (2), проанализируем влияние изменения ¡т:1д и V на величины и /р. Из (7) следует, что функция Щ ) носит гиперболический
БИРЮКОВ Валерий Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрические комплексы».
Статья поступила в редакцию 16.11.06 г. © Бирюков В. В.
