Об одном способе коммутации тока индуктивной нагрузки из одной группы вентилей в другую Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ <

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

_ _ _ _ »

Том 232 1975

УДК 621.316,3

ОБ ОДНОМ СПОСОБЕ КОММУТАЦИИ ТОКА ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКИ ИЗ ОДНОЙ ГРУППЫ ВЕНТИЛЕЙ В ДРУГУЮ

В. В. ИВАШИН, Э. Г. ФУРМАН

При возбуждении электромагнитов ускорителей в установках для термоядерных исследований возникает необходимость получения магнитного цикла со сложным законом изменения во времени. В колебательных ЬС контурах такие поля получаются путем искусственной коммутации тока индуктивной нагрузки из цепи разряда накопительно- »

го конденсатора в цепь перезаряда или путем отключения индуктивной нагрузки от накопителя с последующим ее закорачиванием и т. д. [1, 2]. При этом требуется обеспечивать условия для нормальной работы управляемых коммутирующих приборов но скорости нарастания тока и 1 времени восстановления управляющих свойств.

В [1,2] рассмотрены индивидуальные схемы емкостей коммутации в мощных ЬС контурах при формировании в них тока треугольной, синусоидальной и трапецеидальной форм. В таких схемах для искусственного обесточивания каждого из управляемых приборов в контуре ЬС требуется дополнительный управляемый прибор.

В данной работе рассматривается схема с применением многообмоточного трансформатора, пригодная для емкостей искусственной коммутации одновременно нескольких коммутирующих приборов, в том числе и для тех случаев, когда эти приборы не имеют общих точек по анодам и катодам. Такое решение повышает надежность работы схемы в целом за счет уменьшения общего числа управляемых приборов и исключения некоторых аварийных режимов. Трансформатор целесообразно выполнять с подмагничиванием и проводить выбор его параметров с учетом насыщения магнитопровода и рядом специфических особенностей работы схемы.

Рассмотрим работу схемы на примере коммутации приборов в контуре с формированием в индуктивности Ь импульсов тока треугольной формы (рис. 1). Накопительный конденсатор С через тиристоры Ть 'Г { и диоды Дь Л \ соединен с электромагнитом Ь. Последовательно с дио- '

дами включены вторичные обмотки коммутирующих трансформаторов Трь Тр2, первичные обмотки которых соединены последовательно и через тиристор Т2 подключены к коммутирующему конденсатору С\. Магнито-проводы трансформаторов подмагничиваются током электромагнита Ь, протекающим по обмоткам Конденсатор С\ имеет перезарядную пень из диода Д2 и индуктивности Ь\. Суть формирования импульсов тока треугольной формы заключается в искусственном скачкообразном

переводе контура из режима, соответствующего углу Ы1гу в режим, соответствующий углу я—со^ (рис. 1,6). Для этого необходимо выключить тиристоры Ть Т} и включить диоды Дь Д\ . К моменту tl ток электромагнита замкнут по контуру: конденсатор С, тиристор Ть обмотка под-магничивания трансформатора Трь электромагнит Ь, обмотка под-магничивания трансформатора Тр2, тиристор т! . При этом магнитное состояние трансформаторов характеризуется точкой А на рис. 3. Накопительный конденсатор С и коммутирующий конденсатор С\ заряжены соответственно до напряжений [/2 и В момент времени включается тиристор Т2 и коммутирующий конденсатор С\ подключается к первичным обмоткам трансформаторов Тр] и Т;р2. Под действием наведенной во вторичных обмотках э д с ток в диодах Д1 и Д1 начинает нарастать, а ток тиристоров Т1 и Т уменьшается так, что сумма токов /т и г'д обоих узло® за время коммутации Iу на рис. 2 равна току индуктивной нагрузки

(1)

где —напряжение, наведенное во вторичной обмотке коммутирующего трансформатора; Ьк — эквивалентная индуктивность цепи разряда емкости С с учетом приведенных индуктивностей вторичных цепей с диодами, тиристорами и конденсатором Сь

Для упрощения анализа электромагнитных процессов в схеме рассмотрим работу одного коммутирующего узла. С момента времени /2 (рис. 2) коммутирующий конденсатор С} разряжается током

Рис. 1. Схема питания электромагнита импульсами тока треугольной формы.

IX,

(2)

где ц — ток намагничивания трансформатора. Если не учитывать незначительное изменение тока электромагнита при разряде коммутирующего конденсатора и пренебречь величиной тока намагничивания трансформатора, то можно определить прикладываемое к тиристору обратное напряжение

I

и?!

С+'т).

(3)

Приравнивая £/т(0— определим время, которое отводится тиристору для восстановления вентильных свойств (рис. 2)

1.Т.'

/„•^•Сг

А-

(4)

Под действием положительного напряжения коммутирующего конденсатора, прикладываемого к первичной обмотке трансформатора, его сердечник за время ¿з—tl перемагничивается от В\ до —В2. При нулевом напряжении конденсатора ¿1 магнитное состояние сердечника характеризуется точкой Д на рис. 3. В интервале времени —коммутирующий конденсатор перезаряжается, а сердечник трансформатора перемагни-чивается от индукции—В2 До -\-Вт (рис. 3). В момент времени /4 сердечник трансформатора насыщается, и тиристор Т2 выключается.

При симметричном перемагничивании сердечника трансформатора от ~\-Вт до —Вт и обратно от — Вт до +Вт начальное и конечное напряжения на коммутирующем конденсаторе С2 равны, т. е. энергия ¿С контура при разряде конденсатора увеличивается, а при перезаряде уменьшается на величину энергии, запасенной в коммутирующем конденсаторе.

Вт' в, в с ■

дВ

7/ 00

г

/0 ' ГтЩ 1т(Щ>Щ)

А. -в?

'Вт

Рис. 2. Кривые тока и напряжений в схеме за время коммутации тока из тиристора в диод

Рис. 3

Если перемагничивание сердечника несимметрично, как это показано на рис. 3, то индукция в точке А кривой намагничивания будет меньше индукции насыщения, а начальное и конечное напряжения на коммутирующем конденсаторе будут различны. Конечное напряжение на конденсаторе С2 пропорционально отношению изменения индукции, т. с.

и\ = и1(ЬВ1+1В)!\В1. (5)

Индукцию 61 в сердечнике трансформатора выбирают из условия, чтобы при перезаряде конденсатора С{ через Ьу и Д2 (рис. 1) конечное напряжение на конденсаторе было равно требуемому значению напряжения на нем до коммутации. Величину индукции, на которую сердечник трансформатора должен быть подмагничен, можно определить из условия

■ы 2

(6)

Вг = Вт

где Ь — коэффициент затухания контура перезаряда Сь Ь\, Д2.

Конструктивный параметр, определяющий размеры трансформатора, будет

¥ г

=- , (7)

где 5 — сечение стали магнитопровода сердечника, 4я — потокосцепле-ние трансформатора, равное

*3 т \у/ А

(8)

Конструктивный расчет трансформатора проводится по известным методикам расчета импульсных трансформаторов, например [3]. При размещении на трансформаторе нескольких вторичных обмоток необходимо определять ток разряда емкости С по (2) с учетом этого фактора, а также учитывать индуктивности всех вторичных контуров при определении 1у в (1) и т. д. по известным соотношениям. Следует отметить, что в рассмотренном методе коммутации насыщение трансформаторов в момент ¿4 предотвращает возникновение перенапряжений в схеме.

Выводы

1. Рассмотренный метод емкостной искусственной коммутации тока индуктивной нагрузки из одной группы вентилей в другую через разделительный трансформатор с помощью одной коммутирующей конденсаторной батареи позволяет коммутировать токи одновременно в ряде групп приборов, не имеющих общих точек анод— катод.

2. Полученные основные расчетные соотношения позволяют провести инженерный расчет коммутирующего узла.

ЛИТЕРАТУРА

1. В. В. Ивашин, Г. А. Сипай лов. ПТЭ, 1966, № 5, 151.

2. В. В. И в а ш и и. Диссертация. Томск, 1968.

3. Я. С. И ц х о к и. Импульсные устройства. Госэпергоиздат, 1958.