электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 

Расчёт магнитно-тиристорного генератора

Теоретический анализ и расчёт магнитно-тиристорного генератора

При анализе электрических процессов в схеме основную кривую намагничивания сердечника катушки индуктивности L1 и трансформатора Tp1 аппроксимируем прямоугольной ломаной линией.

Рассмотрение процессов в схеме начнем с момента t0 поступления управляющего импульса uу1 на тиристор Т1. При этом начинается заряд емкости С2 от источника питания Е0 через обмотку насыщенного к этому моменту трансформатора Tpl.

Напряжение uС2 на емкости С2 показано на рис. 2-4 и определяется формулой

uC2(t)=E0+(U'C2-E0)cos ωзt (2-28)

где ωз = l√L3C2; U'C2 — начальное напряжение на емкости С2, которое будет определено ниже. Через время t = π/ωp напряжение uC2 достигает максимального значения U"C2=2Е0 — U'С2.

В момент t1 включается тиристор Т2 и начинается передача энергии из первого звена во второе. Влиянием второго звена сжатия можно пренебречь, так как индуктивность L1 при принятой аппроксимации кривой намагничивания в этот период работы равна бесконечности, т. е. индуктивность L1 как бы размыкает электрическую цепь, выполняя функции ключа.

Если емкости связаны соотношением С1 = n2С2, где n — коэффициент трансформации трансформатора Tp1, то согласно работе напряжения uC1 и uC2 на емкостях С1 и С2 определяются выражениями:

(2-29)

где τ = ωкt; ωк = 1/√LкСк; ω2=√2/L2C2; х2 = ωк2 — коэффициент сжатия магнитного звена.

Ток ia2 тиристора Т2 показан на рис. 2-4.

Одновременно с зарядом емкости С1 будет изменяться индукция BLl (рис. 2-4) в сердечнике индуктивности L1:

(2-30)

где N — число витков индуктивности L1; Sc — площадь поперечного сечения ее сердечника.

В момент t2 (рис. 2-4) индукция достигнет своего максимального значения, и начинается перезаряд емкости С1 через контур Lк, Ск.

Момент τ1 выключения ключа L1 можно найти из решения трансцендентного уравнения

ΔВ|τ=τ1=0

(угловое время τ отсчитывается от момента t = t2 включения ключа L1).

Из приведенных выше соображений, как и для рассмотренного в этом параграфе тиристорного генератора, следует выбрать оптимальный режим работы, для которого величины m1, n1, U"C1/U'C1, τ1 указаны выше.

После насыщении сердечника индуктивности L1 (точка t3 на рис. 2-4) начинается разряд емкости С1 через обмотку трансформатора Tp1, индуктивность L2 и не успевший выключиться тиристор Т2.

К моменту t4 емкость C1 разряжается до нуля, тиристор Т2 выключается, напряжение на емкости С2 достигает значения U'С2, а магнитная индукция в сердечниках трансформатора Tp1 и индуктивности L1 принимает значение — Bs, т. е. схема возвращается в исходное состояние.

Если не учитывать потери в трансформаторе Tp1, что допустимо для решаемой задачи, коэффициенты перезаряда емкостей Сх и С2 равны, т. е. имеет место условиеU'C2/U"C2=U"C1/U'C1=g (2-31)

Теперь можно выразить напряжение U"C2 через величины E0 и g. Подставив выражения (2-31) в (2-28), получим

(2-32)

Проведенный анализ позволяет получить выражения для максимальных прямых Uam и обратных U0m напряжений на тиристорах Т1 и Т2 и максимальных Iam токов этих тиристоров, необходимые для выбора типов тиристоров:

Длительности токов через тиристоры Т1 и Т2:

tи1=π√L3C2; tи2=π√L2C2/2

Расчет генератора на максимальную мощность по заданным характеристикам тиристоров, приведенным в конце первой главы, и генерируемой частоте ƒ = 1/Т удобно производить следующим образом:

1. В рассматриваемом генераторе выходная частота равна собственной частоте контура нагрузки Lк, Ск. Волновое сопротивление этого контура рк определяется формой огибающей выходного напряжения.

Например, при экспоненциальной форме величина ρк определяется через допустимую скорость затухания колебаний в контуре нагрузки и сопротивление нагрузки Rк (изображенное штриховыми линиями на рис. 2-3). Зная величины ωк и ρк, нетрудно найти Lк и Ск.

2. Далее выбираем длительность тока tu2 через тиристор Т2. В работах приводятся рекомендации по выбору коэффициента сжатия звена х2. Зная величину ωк и задаваясь приемлемым значением х2, можно определить

tи2=πх2к.

Полагая допустимые максимальный ток Iаmд и анодное напряжение Ua.д равными максимальным току Iam2 и напряжению Uam2 тиристора Т2 для выбранного режима работы схемы (в данном случае оптимального), находим параметры первого звена сжатия:

Чтобы исключить влияние цепи заряда емкости С2 на работу последующих звеньев, частоту цепи заряда cu3 выбираем существенно меньше величины ω2. Обычно х12з = 5÷10. Величина Lз=x21(ω22С2).

4. В качестве тиристора Т1 можно взять тиристор того же типа, что и Т2, так как они коммутируют одинаковую энергию.

5. Для получения оптимального режима необходимо выполнить условия: L1=n1Lк1=m1Ск.

6. Коэффициент трансформации трансформатора Tp1

n=√C1/C2

7. Приняв условие U"C2=Uаm2, из (2-32) определяем напряжение источника питания:

Е0= Uam2(1+g)/2.

8. Напряжение на емкости С1 в момент t2 насыщения сердечника индуктивности L1 равно

U'C1=Uam/n

9. Зная индуктивность L1 насыщенного дросселя и напряжение U"C2, можно определить параметры дросселя.

10. Зная длительность импульса тока через индуктивность L1, его форму (практически полусинусоида) и амплитуду IL1m=nIam2, находим действующий ток через индуктивность L1.

11. Энергию, отдаваемую в нагрузку за один цикл работы генератора, можно определить из энергетического соотношения для емкости C2:

Wн = С2U2am2(l-g2)/2.

12. Тогда мощность, потребляемую от источника питания, если пренебречь потерями в схеме, можно оценить по формуле

Р0= WнF, где F — частота импульсов в нагрузке.

Расчет цепи подмагничивания подробно описан в работах и здесь не приводится. Рассмотренная схема генератора позволяет уменьшить длительность импульсов тока, возбуждающих колебательный контур (или систему контуров), по сравнению с длительностью тока через тиристор в 4—6 раз.

Дальнейшее сжатие приводит к уменьшению КПД. При необходимости возможно применение нескольких ячеек сжатия, включенных последовательно.

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр