Главная Журналы получаем йи(1-7)- -у) I*h(1-V)-2/*1 АЯя.д.р Й? [Й„ (1 - Y) - /•]. (6.101) Для системы АБ-ИП-ДПТ с тиристорным преобразователем без фильтра в цепи источника формулу общего КПД (6.2) запишем в виде г\рт = 1 - [АРя-д + 9 АЯпп • -- apic) + 1оаяи]/Ря- Потери в полупроводниковых элементах тиристориого преобразователя и l - С-контуре определяются суммой выражений (6.43) - (6.46) при un = = е„ - 1гц, а также выражений (6.49) и (6.50). Потери в источнике при рекуперации энергии в системе с тиристорным преобразователем определяются уравнением (6.91), коэффициенты приведения мощности - по формулам к, = Ря/Рп - /г,; k,o = Ря/К = [К (1 - Y) - Г]/{\ - Y) (1 - Y -1.5yo) [kjl~y)-2r (6.102) (6.103) Подставив указанные выражения в формулу для КПД системы с тиристорным преобразователем при импульсном токе заряда АБ, получим шрт = 1 - /* у)~1 „(1 - -у) + \3yk (1 - V) (I - V - V*v) 1*и (1 - V) - 2/*] apl.p/rk][kA\-y)-l k„(l+5ky)/y. (6.104) Определим КПД системы АБ-ИП-ДПТ с транзисторным преобразователем и емкостным фильтром в цепи АБ. В этом случае формула (6.2) записывается в виде црс = 1 - (АРя-д = РУре-с йиАР \К (1 kiape-c)ipn, гдейц - /-1/(1 - Y) \К (1 - Подставляя в последнее соотношение зависимость (6.83), а также сумму правых частей формул (6.19)» (6.79) и (6.95), (6.96), с учетом выражений для кц и получаем следую- щее уравнение для определения КПД системы с транзисторным преобразователем при заряде АБ квазипостоянным током: АрЯ (1 + к) 7(1 1 • У) [/еи(1-7)-2/*] *«(1 *и(1-7)-/ я.д.р (6.105) Для КПД системы с тиристорным преобразователем и с емкостным фильтром в цепи АБ формула (6.2) примет вид Пхргс = 1 - [АЯя-д ky, (2АЯпп + apl-c) = k, /г,4 = k к,,АРЕ-с]/Ря, Подставляя в полученное уравнение соответствующие выражения для мощностей потерь в элементах, для КПД системы АБ-ИП-ДПТ с тиристорным преобразователем в режиме рекуперации энергии при квазипостоянном токе АБ получаем uzptq =1 - / V) (1 - V fjxK) у 1*1, (I - V) я д п (6.106) Таким образом, получены выражения для определения КПД отдельных элементов (контуров) и системы АБ-ИП- ДПТ в целом для тягового режима и режима импульсного рекуперативного торможения. Все они содержат в качестве основных переменных ток нагрузки /* в относительных единицах и скважность импульсов напряжения у. Частота коммутаций-входит в выражения неявно и определяет значения частотно зависимых коэффициентов, например ka, /гся> и» ii ск, . Остальные коэффициенты являются постоянными только для данной системы АБ-ИП-ДПТ. Такая структура выражений, приведенных к одной системе переменных (/*, у, /) при минимальном их числе, и постоянство большинства входящих в них коэффициентов значительно облегчают анализ и расчет полученных зависимостей, позволяют исследовать различные типы преобразователей, двигателей и химических источников постоянного тока, а также разнообразные комбинации этих элементов, объединенных в систему тяговых приводов. К положительным результатам следует отнести то, что полученные аналитические выражения позволяют учитывать при анализе КПД элементов и систем приводов влияние, привносимое вспомогательными элементами, такими, как фильтр в цепи источника, обратный диод в цепи двигателя, схемы усиления импульсов управления в преобразователе и т. п. Это позволяет повысить точность качественного и количественного анализа энергетических показателей элементов и систем тяговых приводов с импульсными полупроводниковыми преобразователями. Следует отметить, что все полученные формулы являются общими и справедливы для различных элементов за исключением выражений для КПД тиристорного преобразователя и систем привода с тиристорным преобразователем, которые получены относительно одной конкретной схемы преобразователя. 5. Влияние параметров управления иа энергетические показатели систем приводов в различных режимах Тяговый режим. Расчеты полученных в [iaparpa()ax 3 и 4 данной главы аналитических выраже1П1Й, проведенные на ЭВМ для различных типов элементов и ряда систем приводов, построенных иа 1ьх основе, позво.чят [[ровести всесторонний анализ зависимостей КПД отдельных элементов и систем АБ-ИП-ДПТ в целом от параметров управления преобразователем в тяговом и рекуиератив1юм режимах при различных значениях частот коммутации, скважности импу.чь-сов иапряжеиия и токов нагрузки. Результаты расчетов КПД элементов (контуров) и систем АВ-ИП-ДПТ легли в основу графических зависимостей, позволяющих наглядно оценить качественно и количестветю влияние параметров управления преобразователем на их КПД. Рассмотрение соответствующих зависимостей для ряда систем автономных тяговых приводов позволило сформулировать рекомендации и сделать общие выводы, имеющие целью улучшение энергетических режимов работы и повышение КПД как отдельных элементов, так и систем АБ-ИП-ДПТ в целом. Предметом исследования всегда являются конкретные устройства с реальными рабочими характеристиками. На рис. 58 показаны зависимости КПД аккумуляторной батареи от скважности импульсов напряжения у для различных значений тока нагрузки и частоты. Расчет КПД проведен в F f -А--" соответствии с формулами (6.54) и (6.66) для случая использования в системе АБ-ИП-ДПТ щелочной никель-цинковой батареи типа НЦ125-У2, для которой /макс = 250 А, Уиом = = 135 В, /к.з = 1350 А, 0,1 Ом. Максимальные пульсации, как известно, имеют место при скважности у = = 0,5. Как видно из рис. 58, принимает минимальные значения при у = 0,5 в об- 0,4 Ofi Рис. 58. ласти низких частот (/ << << 0,5 кГц). Характер зависимости параболический, причем с увеличением тока и частоты наблюдается тенденция к спрямлению параболы и на частоте / > 0,5 кГц при / :> :> 0,5/мкс график Ti£ = ф (у) прямолинеен (штриховые) и не зависит от скваж1юсти. При частотах / 1 кГц влияние пульсаций иа значение КПД источника не оказывает сколь-нибудь заметного действия, и цв практически зависит только от тока нагрузки, причем зaвиcиюcть эта обратно пропорциональная. При работе АБ с емкостным фильтром (величина емкости может составлять от нескольких до десятков миллифарад) ток в контуре - С квазипостоя1Шый, что приводит к существенному изменению энергетических показателей источника. На рис. 58 приведены также зависимости "(Хе-с = - ф (т), рассмотрение которых позво.1яет убед1ггься в том. что при всех прочих равных условиях максимальные значения КПД источника имеют место при протекании через него квази постоянного тока, что в реальных системах обеспечивается включением емкостного фильтра. При увеличении частоты (/> 1,0 кГц) различие между x\f. и -хе-с зависит от у таким образом, что при малых у оно максимально для данного тока нагрузки, а по мере увеличения скважности Л-с, уменьшаясь, приближаются к значениям tj. Таким образом, при работе АБ без фильтра нецелесообразно применять низкие частоты коммутации особенно при значениях у, близких к 0,5, и значениях тока из крайних зон шкалы рабочих токов данного типа АБ. Наиболее предпочтительным является режим разряда АБ квазипостоянным током, т. е. при использовании емкостного фильтра в цепи источника, так как при этом КПД контура ЕС всегда выше КПД АБ без фильтра, несмотря на потери в конденсаторах фильтра. Проанализируем энергетические характеристики преобразователей. Транзисторные преобразователи, применяемые в электроприводах малой и средней мощ.ности, создаются обычно на базе низкоточных высоковольтных транзисторов или их бескорпусных аналогов их параллельным включением, что обеспечивает весьма малые значения активного сопротивления преобразователя во включенном состоянии. Это, в свою очередь, позволяет значительно уменьшить потери в транзисторах в режиме насыщения. Однако природа импульсного регулирования обусловливает наличие коммутационных потерь, оказывающих значительное влияние на КПД преобразователя в определенных режимах. При расчетах КПД транзисторного преобразователя в соответствии с формулой (6.29) использовались данные испытаний силового транзисторного преобразователя, построенного на основе приборов КТ809, для которого fep.n = 0,П4 и fe = 0,7 (оба коэффициента соответствуют худшему из возможных режимов), а ? = 0,3/ • 10~. Тиристорный вариант преобразователя (рис. 54, а) построен на основе приборов ТБ400 {Т1 и Т4), ТБ320(Т2 и ТЗ). Коммутирующий контур: конденсатор МБГЧ (С = 40 мкФ), дроссель L 0,05 мГн, Г/. 0,01 Ом. Значение тангенса угла потерь tg б при расчете потерь в L - С-контуре для указанного конденсатора можно принять при / = 100-н 1000 Гц равным 0,007. Эквивалентное сопротивление конденсатора определяется по формуле Rs - tg б/2я/С. Значения коэфс})ицнентов в формуле (6.51) для расчета тиристор1Юго преобразователя с указанными элементами следующие: ктс - 0,26; /ея-д - 0,026; кт = 0,38; ктл = 0,087; /ея = 0,05; к 0,3; kL = 0,24; кс = RsJrm. Зависимости КПД транзисторного ци и тиристориого Г1тп преобразователей от скважности показаны на рис. 59. Следует отметить, что при всех прочих равных условиях КПД транзисторного преобразователя выше, чем КПД тиристориого преобразователя. Как видно из рассмотрения графиков, при у > 0,5 КПД преобразователя мало зависит от тока нагрузки и частоты переключения. Отмеченная особенность связана с малым прямым сопротивлением транзисторного преобразователя. При у <; 0,5 и особенно для интервала 0,1 <; у <; 0,4 имеет место значительная зависимость Цп от частоты, а именно - Цп резко снижается при у > 0,5 с ростом частоты. При этом т]п больше зависит от тока нагрузки, чем при у > 0,5. Ука- 04 Ofi Рис. 59. занные закономерности объясняются следующим образом. В области малых значений у большие токи, как правило, не развиваются (за исключением пусковых режимов двигателя), что обеспечивает малые потери в открытых силовых транзисторах. Но при малых Y возрастают потери на переключение, а с увеличением частоты рост коммутационных потерь выражен еще более резко. Этот вывод легко получается из анализа формулы (6.29) для КПД транзисторного преобразователя, где член Ш1у, определяюплий потери на переключение, максимально возрастает с увеличением частоты (так как К f) я при у -> О (хотя всегда у 0). Одновременный рост потерь насыщения и переключения прн малых скважностях с увеличением тока обусловливает более интенсивное убывание г\и по сравнению с областью больших у. Прежде чем анализировать энергетические показатели тиристориого преобразователя, отметим, что особенности элементной базы и схемных решений обусловливают ряд отличий но сравнению с транзисторным преобразователем, важнейшими из которых являются низкие рабочие частоты, большее сопротивление преобразователя во включенном состоянии, а также особенности узла коммутации, определяющие характер коммутационных потерь, отличных от аналогичных потерь в транзисторном преобразователе. Зависимости КПД тиристориого преобразователя от скважности, рассчитанные по (6.51) для разных частот и токов нагрузки, представлены на рис. 59. Они имеют нелинейный характер. КПД преобразователя резко убывает при малых у, что особенно ярко выражено для больших токов. Сравнивая зависимости КПД для транзисторного преобразователя с соответствующими зависимостями для тиристориого преобразователя, можно заключить, что цтп в большей степени зависит от скважности, чем цп- Так, при изменении Y = 0,9-ь0,2, частоте 100 Гц, / = /макс КПД транзисторного преобразователя уменьшается в 1,14 раза, тогда как КПД тиристориого преобразователя уменьшается в 2,1 раза, а с ростом частоты убывание значений КПД последнего выражено резче. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [ 34 ] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 |