Зарядные устройства, рассматриваемые в этом парагра­фе, и принципы коммутации зарядного тока в них приме­няются в КМ без режима подзаряда конденсаторов или, как еще называют эти машины, в КМ с релаксационным сбросом напряжения (см. § 1.3). Второе название, однако,

не совсем точно, так как в некоторых схемах, в частности в шовных КМ, разряд конденсаторов производят не сразу после достижения напряжением заданного значения.

Рассмотрим принципы принудительного выключения за­рядного тиристора на примере схем, показанных на рис. 2.8. Зарядная цепь в одной схеме — однофазная, в другой — трехфазная. Заряд и стабилизация напряжения на бата­рее конденсаторов Сн в однофазной зарядной цепи (рис. 2.8, а) осуществляются следующим образом. На за­рядный тиристор VS1 подаются управляющие импульсы

повышенной частоты (до 1 кГц), что обеспечивает мак­симальный угол проводимости тиристора во время заряда, а вместе с ним и минимальное время заряда. В § 2.2 от­мечалось, что в этом режиме работы тиристор подобен диоду, поэтому расчет времени заряда, мощности и других параметров можно производить по методам, изложенным в этом параграфе. По достижении заданного напряжения на батарее конденсаторов С„ в схеме управления (на ри­сунке не показана) срабатывает спусковое устройство (компаратор, пороговое устройство и т. д.), в результате чего выдается импульс на включение шунтирующего тири­стора VS2 и прекращаются импульсы, включающие тири­стор VS1. Тиристор KS2 включается, тиристор VS1 вы­ключается, при этом зарядный ток коммутируется с по­следнего на первый. Процесс коммутации тока здесь про­текает очень быстро, чему немало способствует то, что к

тиристору VS1 при включении VS2 прикладывается обрат­ное напряжение, равное напряжению на батарее конден­саторов Сн. Шунтирующий тиристор KS2 выключается естественным образом, когда напряжение на выходе мо­стового выпрямителя VD1—VD4 достигает нулевого зна­чения.

Рассмотренная схема проста, надежна в эксплуатации, однако ее применение ограничено, во-первых, однофазны­ми цепями заряда в связи с естественным режимом вы­ключения тиристора VS2, во-вторых, режимами малых то­ков (десятки ампер), так как большие значения зарядно­го тока связаны с уменьшением сопротивлений резисторов R1 и R2, увеличением постоянной времени шунтирующей цепи и вследствие этого ухудшением условий выключения шунтирующего тиристора VS2.

Заряд батареи конденсаторов Сн в схеме на рис. 2.8,6 происходит от трехфазного мостового выпрямителя VD1—VD6, однако в этой схеме может быть применен и любой другой выпрямитель. Для выключения зарядного тиристора VS1 параллельно ему включено специальное коммутирующее устройство, состоящее из вспомогатель­ного диода VD7, шунтирующего диода VD8, коммутирую­щего тиристора KS2, а также коммутирующих дросселя LK и конденсатора Ск. Дополнительно на схеме приведены тиристор VS4 и дроссель L, применение которых в значи­тельной степени улучшает параметры зарядной цепи, а также разрядный тиристор 1/S3.

Рассмотрим работу схемы и принципы коммутации то­ка в зарядном тиристоре VS1. При подаче напряжения на выпрямитель VD1—VD6 заряжается коммутирующий кон­денсатор Ск через диод VD7, дроссель LK, батарею конден­саторов Сн и токоограничительный резистор R1. Конденса­тор С к заряжается до напряжения, равного амплитуде на­пряжения на выходе выпрямителя, так как СК<ССН. При включении тиристора VS1 заряжается батарея конденсато­ров Сн. Когда напряжение на конденсаторах Сн достигает заданного значения, включается тиристор K-S2 и конден­сатор С„ быстро перезаряжается через дроссель LK. До­бротность контура выбирается высокой, поэтому переза­ряд Ск протекает почти без потерь. По окончании первого перезаряда начинается обратный перезаряд Ск, но уже через тиристор VS1 и диод VD7. Перезаряд через тири­стор VS1 длится до тех пор, пока ток коммутации не ста­нет равным зарядному току, после чего тиристор VS1 выключается, а ток коммутации переходит на диод VD8. Ток через диод VD8 равен разности токов коммутации и 48
шать ток заряда /3 в течение интервала /0, который должен быть больше полного времени выключения тири­сторов цепи заряда [3]. На рис. 2.9 показаны три возмож­ных вида импульсов тока коммутации, которые удовлетво­ряют этому условию. Параметр к равен отношению /кт//з, где /кт — максимальное значение коммутирующего тока. Оптимальная форма импульса та, при которой требу­ется наименьшее количество энергии для его получения. В дальнейших рассуждениях примем, что коммутирующий контур имеет большое значение Q (добротность) при соб­ственной резонансной частоте, т. е. потери в нем незначи­тельны. Из рис. 2.9 видно, что

of»

COS о —/ — X

л 1 к т Л

где

со — 1 /СКСК,

■г <0 = 2arccos -- = В (Я).

Vlkck Ь

Энергия, которую должен обеспечить коммутирующий контур, чтобы тиристор выключился, равна

Преобразовав выражение (2.52) так, чтобы правая часть была функцией тоько параметра Я, получим

Аой(>о) /я, /з. ' (255)

где значения параметров приняты оптимальными: Я0=1,5; £(Я„) = 1,68. Собственная частота коммутирующего кон-

Ширина импульса

«УГГА=^)=1,87*... (2-57)

Для учета потерь в коммутирующем контуре значение Ucko в уравнениях (2.54) и (2.55) следует умножать на

e-Jl/WQ).

Пример расчета LK и С*. Пусть требуется рассчитать коммутирую­щие индуктивность и емкость в схеме иа рис. 2.8,6 при следующих па­раметрах зарядной цепи: максимальное значение напряжения (ампли­туда) на выходе мостового выпрямителя VD1—VDE равно 900 В (Uy mai=900 В), минимальное значение напряжения иа батарее кон­денсаторов Сн равно 100 В (Uc min= 100 В), сопротивление резисто­ра R1 составляет 10 Ом (/?i=10 Ом). В качестве зарядного тиристора применен тиристор типа ТЧ-100 со временем выключения 50 мкс (<о=50 мкс). Найдем максимальное значение зарядного тока 13о, при ко­тором надо выключить тиристор VT1:

Считаем, что начальное напряжение на коммутирующем конденса­торе Ск равно максимальному напряжению на выходе выпрямителя» т. е. t/cш,-900 В. Принимаем также, что /оо=* 100 мкс, учитывая пони­женное значение обратного напряжения на тиристоре VSJ, которое рав. но 1 В. Тогда из формул (2.54) и (2.55) находим Ск и LK:

Ск = 0,893 - fj-**- — 0,893 80=*=8,0 мкФ;

UCk <0# 900-100-10-«

LK - 0,397 ■ q — 0,397 ------------------ gg--------- =&450 мкГн.

Назначение тиристора KS4 и дросселя L1 состоит в том, чтобы полезно использовать энергию, остающуюся в ба­тарее конденсаторов Сн в результате ее перезаряда при колебательном процессе разряда, который практически имеет место во всех КМ. Когда отрицательное напряже­ние («минус» на правой обкладке) на батарее Ск дости­гает максимального значения, ток в разрядной цепи ста­новится равным нулю и тиристор KS3 выключается. При этом к тиристору К53 прикладывается обратное напряже­ние, равное напряжению на Ск. Это напряжение создает в цепи диода VD10 и резистора R2 ток, который включает тиристор VS4. Происходит колебательный перезаряд С„ через VS4 и L1. При высокой добротности контура батарея конденсаторов Ск перезаряжается с минимальными потеря - 4* 51

ми. Это позволяет значительно снизить зарядный ток, а с ним и мощность. В шовной машине МШК-1602, серийно выпускаемой заводом «Электрик», эти величины снижены более чем в 1,5 раза по сравнению с традиционными схе­мами, где возврата энергии не происходит.