Тиристорный прерыватель с нелинейной индуктивностью в контуре ускоренного перезаряда Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 262 1973

ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕРЫВАТЕЛЬ С НЕЛИНЕЙНОЙ ИНДУКТИВНОСТЬЮ В КОНТУРЕ УСКОРЕННОГО ПЕРЕЗАРЯДА

В. Н. МИШИН, В .П. ЛАЙЕР (.Представлена научно-техническим семинаром НИИ АЗМ)

Применение контура ускоренного перезаряда в устройствах преобразовательной техники, использующих тиристорный ключ с узлом принудительной емкостной коммутации для регулирования напряжения на выходе преобразователя, позволяет снизить зависимость времени перезаряда коммутирующего конденсатора от тока нагрузки [1, 2, 3].

В настоящей статье анализируется работа преобразователя [4] постоянного напряжения при шунтировании тиристорного ключа цепочкой, состоящей из встречно-включенного диода и нелинейной индуктивности (рис. 1). Нелинейная индуктивность ¿2 выполнена на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса.

При анализе процессов в преобразователе потери в стали сердечника не учитываются, коэффициент прямоугольности петли гистерезиса принят равным 1, а вентили обладают идеальными характеристиками, и напряжение на зажимах источника и ток нагрузки на интервале коммутационных процессов постоянны.

тв)

-С=>

Рис. 1

Рис. 2

Учитывая, что дополнительные элементы схемы рис. 2 Ц, Д3, Ь2 влияют на работу преобразователя лишь с момента запирания силового тиристора Т1, рассмотрение процессов в преобразователе начнем с этого же момента. Схема замещения преобразователя представлена на рис. 2.

Уравнение динамики сердечника может быть записано в виде [5]

где /о=др- —составляющая тока дросселя, определяемая пороговой

напряженностью Н0 материала сердечника;

I — длина средней магнитной силовой линии сердечника с поперечным сечением 5;

N2 — число витков дросселя

Я (В) — нелинейное сопротивление индуктивности Ь2;

I! ,, „й

^¿„=—£/. --напряжение на дросселе.

сИ

При отсутствии насыщения сердечника °° , поэтому при индук-

циях нелинейная индуктивность представляет собой огра-

ничитель тока (ОТ). При индукциях /?(.б)=0 создается кон-

тур С—¿2—Дз—С для ускоренного перезаряда коммутирующей емкости.

С учетом принятых допущений при |В|<ВЯ конденсатор после запирания силового тиристора Т1 перезаряжается током нагрузки I в соответствии с выражением

= (2)

где ик—напряжение на конденсаторе в момент запирания тиристора. Учитывая, что для контура без потерь

(3)

ал

определим из (3) индукцию при В {О) —В

о

(4)

0 ЛГ25 2N.SC

время перемагничивания сердечника в соответствии с (4)

сик

I

1-1

2А БУУ25/

си*

(5)

гдеЛВ — В—Во — изменение индукции сердечника.

При соответствующем подборе параметров дросселя насыщения и резистора И начального смещения индукции В0 можно обеспечить наущение сердечника В — — Вз до того, как напряжение на конденсаторе изменит свой знак. Тогда время задержки форсированного (ускоренного) перезаряда конденсатора

си к

1

1-1

2 (Вр+Д^ЛТ

с а2

(6)

Из^ (6) очевидно, что максимальная задержка может быть достигнута п^ начальной индукции В0——В5.

Условий обеспечения насыщения сердечника могут быть получены из (6), т. е. ,

!

2 Заказ 6602 ( 17

IВ \=В5 при

сик

2(В0+В,)Ы28

После достижения сердечником насыщения образуется контур ускоренного перезаряда коммутирующей емкости, процессы в котором описываются уравнением

,с12иг

Ь2а С-

йГ-

-ис=0.

(9)

Решение (9) относительно напряжения на емкости при начальных условиях

¡и

и ¿с(0)=/ имеет вид

£/с—— С/.соб Ы-

И

Со)

БШ Ш

(10)

Рис. 3

где Ь2з — индуктивность рассеяния насыщенного дросселя Ь2\ 1

о)= у_=--угловая частота контура ускоренного перезаряда.

V Ь>2зС

Время, предоставляемое для запирания тиристора, определится как сумма времени задержки и времени ускоренного разряда конденсау тора до нуля, т. е. с учетом (10)

tв=t3+~/L2sC^aтcig

ик

с

/11)

где р

-1/1

волновое сопротивление контура ускоренного./ пе-С /

резаряда. /

Ускоренный перезаряд конденсатора закончится при токе в 'индуктивности Ь2> равном нулю, т. е, при ¿ = 1С—1=0. Полное вредох колебательного перезаряда ~\/гЬ2зС . Время дозаряда фЪммутирую-щей емкости до напряжения источника Е. ?

C(E~U3) I

Временные диаграммы изменения напряжения на выходе преобразователя при различных значениях тока нагрузки представлены на рис. 3,

Вольт-секундная площадь, ограниченная кривой изменения напряжения на выходе преобразователя, с увеличением тока нагрузки растет, т. е. преобразователь с контуром ускоренного перезаряда на нелинейной индуктивности обладает свойством регулировать среднее напряжение при изменении тока нагрузки. Следовательно, применение контура ускоренного перезаряда с диодом и нелинейной индуктивностью позволяет получить преобразователь с высокой коммутационной способностью, а свойство контура регулировать среднее напряжение на выходе преобразователя при колебаниях тока нагрузки позволяет использовать его как положительную обратную связь по току нагрузки,

ЛИТЕРАТУРА

1. R. Wagner. Anordnung zur Impulssteurung der Spannung eines Cleichstromver-brauchers. Патент ФРГ, JMb 1242289, 1967.

2. Г. H. Буслаев, Г. К. Шварц. Оценка конденсаторных устройств запирания тиристоров. «Электричество», 1968, № 6.

3. В. А. Лабунцов, Г. А. Белов. Сравнительный анализ тиристорных импульсных преобразователей постоянного напряжения. Сборник докладов МЭИ за 1968— 1969 гг., стр. 38—51.

4. Преобразователь постоянного напряжения. Патент 43—562, 56АО, Япония, опубл. 10/1 1968 г.

5. M. А. Р о з е н б л а т. Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники. М., «Наука», 1966.