Расчет минимальной длительности импульса управления тиристором, обеспечивающей функционирование выпрямителя при максимальном угле управления

Наличие индуктивности цепи нагрузки L_d и индуктивности трансформатора L_a ограничивает диапазон регулирования напряжения на выходе выпрямителя. Ограничение минимального значения выпрямленного напряжения связано с параметром тиристора, который называется током включения I_L. Если при включении тиристора его анодный ток не достигает I_L, то после окончания управляющего импульса тиристор опять перейдет в закрытое состояние, и выпрямитель функционировать не будет.

В момент подачи первого управляющего импульсного сигнала на включение тиристора ток нагрузки равен нулю, ЭДС вторичной обмотки трансформатора e₂ = E_2msinα. За время действия управляющего импульса t_и ток возрастает до значения, которое можно определить из уравнения второго закона Кирхгофа для цепи протекания тока:

, (33)

где R – сопротивление цепи, складывающееся из сопротивлений трансформатора, дросселя и двигателя;

L = L_a + L_d – индуктивность цепи.

 

ЭДС якоря в уравнении (33) отсутствует, так как якорь еще не вращается, и Е=0.

Пренебрегая изменением e₂ за время короткого управляющего импульса, из уравнения (33) можно получить

,

где постоянная времени цепи протекания тока.

Отсюда получаем условие нормального функционирования выпрямителя при максимальном значении угла управления α_max:

. (34)

Для плавного трогания поезда напряжение на двигателе должно постепенно увеличиваться, начиная с определенного минимального значения U_dmin, которое и определяет величину α_max. Принимая в формуле (7) I_d = 0, получаем

. (35)

5.1) Максимальный угол управления.

 

При расчете α_max принимается U_dmin = 0,05·U_dн.

 

Из выражения (35) получаем

;

.

 

5.2) Индуктивность трансформатора.

 

Расчетную формулу получим из выражения индуктивного сопротивления трансформатора (3) с учетом .

;

.

 

5.3) Сопротивление цепи протекания тока.

 

Значение R определяется из условия, что в номинальном режиме падение напряжения на этом сопротивлении составляет 5% от U_dн.

;

.

 

5.4) Постоянная времени цепи протекания тока.

 

Постоянная времени цепи протекания тока равна

,

где L = L_a + L_d – индуктивность цепи;

L_a = 0,000419 Гн – индуктивность трансформатора;

L_d = 0,015 Гн – индуктивность цепи выпрямленного тока;

R = 0,038 Ом – сопротивление цепи протекания тока.

 

Тогда получаем

.

 

5.5) Минимальная длительность импульса управления тиристором.

 

Из выражения (34) имеем

.

 

Откуда

,

где t – длительность импульса управления тиристором;

τ = 0,406 - постоянная времени цепи протекания тока;

I_L = 1 А – ток удержания тиристора;

R = 0,038 Ом – сопротивление цепи протекания тока;

E_2m = 1655 В – амплитуда напряжения вторичной обмотки трансформатора;

α_max = 2,714 рад – максимальный угол управления.

 

;

 

Прологарифмируем левую и правую часть неравенства и получим

;

 

.

 

Рассчитаем минимальная длительность импульса управления тиристором

;

или .

 

 

 

Временные диаграммы

27
7. Система управления выпрямителем

7.1) Структура системы управления и временные диаграммы.

 

Управляющие импульсы на тиристоры вырабатываются системой управления выпрямителем. Структура одного из возможных вариантов выполнения системы и временные диаграммы, иллюстрирующие ее работу, приведены на рис. 10.

Напряжение специальной низковольтной обмотки трансформатора выпрямляется неуправляемым двухполупериодным выпрямителем ДПВ и используется для управления генератором пилообразного напряжения ГПН. Выходное напряжение ГПН подается на вход компаратора. На второй вход компаратора поступает управляющее напряжение U_упр, косвенно задающее величину угла управления. Подается оно либо непосредственно с контроллера машиниста, либо от системы автоматического управления.

а)

Рис. 10

В момент, когда линейно возрастающее напряжение u_гпн сравнивается с U_упр, компаратор переключается и запускается формирователь Ф. Длительность выходного сигнала формирователя равна длительности импульса управления тиристором. Этот импульс должен проходить в один полупериод на тиристор VS1, в другой – на VS2.

 

 

Для этого в системе используются два однополупериодных выпрямителя ОПВ и логические элементы И. Высокий уровень напряжения на выходе элемента И будет только тогда, когда и на первом и на втором его входе будет также высокий уровень.

На управляющие элеткроды тиристоров импульсы подаются через выходные усилители ВУ и импульсные трансформаторы ИТ. Эти трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку цепей управления и высоковольтных силовых цепей, а также развязку катодов отдельных тиристоров силовой схемы.

Как следует из рассмотренного, регулирование α и U_d осуществляется путем изменения управляющего напряжения U_упр, причем, чем больше U_упр, тем меньше U_d.

 

7.2) Расчет диапазона изменения управляющего напряжения U_упр.

 

Расчет диапазона изменения управляющего напряжения U_упр, обеспечивающего регулирование угла α от α_н до α_max. При расчете принимается, что напряжение на выходе ГПН возрастает линейно с темпом 1 В/мс.

Выход компаратора соединен с формирователем, в котором формируется управляющий импульс в момент, когда U_упр = U_гпн. С учетом того, что коммутационные процессы сужают интервал регулирования α от α_н до α_max, найдем пределы регулирования U_упр.

Скорость изменения напряжения управления во времени равна .

Тогда при частоте переменного напряжения в контактной сети интервал времени ωt = 2π содержит t = 1/50 Гц = 0,02 с = 20 мс. При этом величина напряжения управления:

. (36)

 

Подставив в (36) α_н (п.1.2) и α_max (п.5.1), получим пределы U_упр.

 

;

.

 

Получили диапазон изменения управляющего напряжения U_упр.

;

.