CC BY
16
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 262 1973
ПРЕРЫВАТЕЛЬ НА ТИРИСТОРЕ С КОМБИНИРОВАННОЙ КОММУТИРУЮЩЕЙ ИНДУКТИВНОСТЬЮ
В. Н. МИШИН, В. П. ЛАЙЕР, Ю. Н. БУЧЕНКО
(Представлена -научно-техническим семинаром НИИ АЭМ)
Прерыватели на тиристорах с комбинированной коммутирующей индуктивностью, т. е. при шунтировании коммутирующего дросселя насыщения, выполненного на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), линейной индуктивностью и диодом, предложены Морганом [1]. Однако в литературе отсутствует анализ процессов в подобных прерывателях.
Рассмотрим процессы в прерывателе, представленном на рис. I, при работе на активно-индуктивную нагрузку.
Анализ начнем с момента подачи отпирающего импульса на тиристор Т, после чего начинается резонансный перезаряд емкости С через индуктивность Ь2 и диод. Пренебрегая намагничиванием дросселя Ь\ и потерями в коммутирующем контуре, получим урав-и нение динамики для этапа перезаряда конденсатора
сРи
Ь9С-—-г- + £/с==0. (1)
т
++
Рис. 1
Iи2
Решение (1) относительно напряжения и тока коммутирующей емкости при начальных условиях £/(0) = —£/0 и г'(о)=0.
О
где ц»1
1
, ис=-ипсоьш11,
(2) (3)
— угловая частота контура коммутации при
/Т^С
При ненасыщенном сердечнике индуктивности Ьи т. е. при | В |<В
АВ
#/.=#,5---Ис.
1 М
(4)
Решение (4) относительно индукции при В{о) — В,
и0
в=в.
N,8
VЬ уС'Ы П С»! I.
(5)
Время перемагничивания сердечника
ЛДЛ^
и0-/ь~с
Из (6) следует, что в зависимости от магнитного состояния сердечника возможны два режима работы:
1) при —перемагничивание по частным петлям
"о
гистерезиса, т. е. без захода сердечника в область «отрицательных» насыщений (рис. 2);
Рис. -2
АВМБ . гг-Ту
2) при-—4^уЬ2С —перемагничивание по полной петле гис-
терезиса при АВ = 2В3.
Наилучшее использование материала сердечника дросселя будет иметь место во втором режиме при условии, что
и « (7)
1
где
2 В
ип
время перемагничивания сердечника по пол-
ной петле гистерезиса при отсутствии шунтирующей цепи Д1, Ь2. Тогда максимальная длительность импульса
Шунтирование дросселя насыщения линейной индуктивностью позволяет более чем в 1,5 раза повысить эффективность использования насыщающегося дросселя и уменьшить броски тока через тиристор, имеющие место при насыщении Ь\ на первом интервале времени [2].
В общем случае время первого интервала из (6)
^^/Е^агсзт (9)
2 в N Б _
При Д 1 < т/Ь2С будет иметь место колебательный перезаряд
емкости с частотой «г^хоь так как произойдет насыщение сердечника до того, как напряжение на конденсаторе достигнет своего нулевого значения. Изменение напряжения и тока коммутирующей емкости на втором интервале описывается выражениями (2) и (3), но при
1
(0 = Шр =--,— .
V Ьис
Величина индуктивности насыщенного сердечника Ьи<^ Ь2 и может вычисляться по геометрическим размерам обмотки как для обмотки без сердечника [2].
1с = ис\1х)С 1П<л2и—¿1) )
С достаточной степенью точности интервал времени = ^—мо" жет быть принят равным
(Ю)
На третьем интервале конденсатор дозаряжается энергией, накопленной в индуктивности ¿2- Нетрудно показать, что время третьего интервала может быть определено согласно выражению (9), так как интервалы и Д^з взаимосвязаны общим перепадом индукции Д£ = 2В5.
При 1 = происходит насыщение сердечника Ь\ и запирание тиристора. Дальнейший характер протекания процессов в прерывателе широко освещен в литературе [2, 3]. Временные диаграммы рис. 2 иллюстрируют характер протекания процессов. Сплошные кривые на рис. 2а, б показывают изменение напряжения и тока коммутирующей емкости при шунтировании насыщающегося дросселя линейной индуктивностью, а пунктиром показаны при отсутствии индуктивности Для большей наглядности интервалы времени Д^ и Д^3 для обоих вариантов совмещены.
Таким образом, шунтирование насыщающегося дросселя линейной индуктивностью и диодом позволяет более чем в 1,5 раза увеличить проводящий интервал тиристора, т. е. лучше использовать дроссель насыщения, и уменьшает прямые всплески тока через тиристор.
Полученные в работе выражения могут быть использованы в инженерной практике при расчете преобразователей.
ЛИТЕРАТУРА
1. R. Morgan. Time ratia control and inverter power circuits. Патент США, № 3 360 712, 1967.
2. Б. Б e д ф о p д, P. X о ф т. Теория автономных инверторов. М., 1970.
3. В. В. Топельберг. Тиристорный стабилизатор постоянного напряжения с насыщающимся дросселем. Сборник института им. Кржижановского. М., «Наука», 1970, стр. 32—41.
4. В. П. Лайер, В. Н. Мишин, Ю. П. Сердюков. Анализ работы стабилизированного ЧИП с линейной коммутирующей индуктивностью. Сб. докладов VII научно-технической конференции ТПИ. Томск, 1971.
