А. Б. Красовский. Исследование на модели режимов работы тиристорных преобразователей в электроприводе. 1. Основные теоретические сведения

Московский государственный технический университет

им. Н. Э. Баумана

А. Б. Красовский

ИССЛЕДОВАНИЕ НА МОДЕЛИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТИРИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Методические указания к лабораторной работе

по курсам «Основы электропривода« и «Электропривод металлургических машин и агрегатов»

 

 

Москва 2011
Цель лабораторной работы – знакомство с общими принципами создания и настройки имитационных моделей силовых электротехнических устройств в пакете MATLAB и изучение на этой основе физических особенностей функционирования, основных схем, режимов работы и характеристик тиристорных преобразователей для электроприводов постоянного и переменного тока.

1. Основные теоретические сведения

Тиристорные преобразователи (ТП) на основе однооперационных тиристоров широко используются в системах управления современных электроприводов постоянного и переменного тока. В электроприводах постоянного тока на их базе выполняются нереверсивные и реверсивные преобразователи переменного напряжения в регулируемое постоянное напряжение для питания якорных цепей и обмоток возбуждения двигателей постоянного тока. Для таких преобразователей обычно используют общее сокращенное название АС-DC преобразователи, образованное от начальных букв английских слов, обозначающих род тока на их входе и выходе: alternating carrent (переменный ток) и direct current (постоянный ток).

В электроприводах переменного тока ТП преимущественно используются в преобразователях частоты с непосредственной связью (циклоконверторах) для реализации частотного управления мощными асинхронными двигателями. По аналогии с предыдущими преобразователями их называют АС- АС преобразователями.

1. 1. Нереверсивные тиристорныеАС-DC преобразователи

ТП состоят из двух основных частей: вентильной группы (ВГ), которая через силовой трансформатор подключена к промышленной сети с напряжением U_c и системы импульсно-фазового управления (СИФУ), как показано на рис. 1. Вентильная группа ТП осуществляет преобразование электрической энергии, поступающей из сети переменного напряжения, в электрическую энергию постоянного напряжения на выходе (в режиме выпрямителя), либо электрической энергии постоянного напряжения, вырабатываемой электрической машиной, в энергию переменного напряжения (в режиме инвертора). Силовой трансформатор служит для согласования входного и выходного напряжений преобразователя. Одновременно, трансформатор разделяет электрически питающую сеть и цепь нагрузки преобразователя (обеспечивает их гальваническую развязку).

СИФУ обеспечивает формирование управляющих импульсов на тиристоры ВГ, причем временная задержка или фазовый сдвиг этих импульсов относительно анодного напряжения на тиристорах изменяется с изменением напряжения управления U_у.

Схемы силовой части нереверсивных ТП строятся по тем же принципам, что и схемы неуправляемых выпрямителей на диодах, которые подробно изучаются в соответствующих разделах курса электротехники и электроники. К основным показателям, определяющим выбор схемы преобразователя, относятся его стоимость, масса и размеры, форма кривой выходного напряжения и т. д. По совокупности этих показателей в настоящее время наибольшее распространение получили трехфазные мостовые схемы ТП (см. рис. 2, а). В электроприводах небольшой мощности иногда используют однофазные мостовые преобразователи (см. рис. 2, б). Мостовые схемы ТП образованы последовательным соединением двух групп вентилей VD1, VD4 и VD2, VD3 в однофазной схеме, и VD1, VD3, VD5 и VD2, VD4, VD6, соответственно, в трехфазной схеме. Причем, в одной из них вместе соединены аноды тиристоров, образуя анодную группу, а в другой – катоды, образуя, соответственно, катодную группу.

Выпрямительный режим является основным режимом работы ТП в электроприводе. В нем электрическая энергия переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока. Напомним, что нагрузка ТП – якорная цепь двигателя постоянного тока – на эквивалентной схеме может быть представлена последовательным соединением резистора с сопротивлением, равным суммарному активному сопротивлению якорной цепи R_н, суммарной индуктивности L_н, а также ЭДС движения E с полярностью, противоположной полярности напряжения источника питания. Такой вид нагрузки обычно называют активно-индуктивной нагрузкой с противо-ЭДС.

Наиболее характерные особенности работы ТП на активно-индуктивную нагрузку с противо-ЭДС удобно рассмотреть на примере простейшей однофазной однополупериодной схемы (рис. 3). Напомним, что моменты времени, когда потенциал анода каждого тиристора становится выше потенциала его катода, называют моментами естественного открывания тиристоров. Относительно положений точек естественного открывания тиристоров на временных диаграммах отсчитываются временные или фазовые сдвиги прихода управляющих импульсов на тиристоры при регулировании выходного напряжения преобразователя.

Работе преобразователя (рис. 3) на активную нагрузку соответствуют временные диаграммы, приведенные на рис. 4, а. На угловых интервалах 0 – p,  2 p  – 3 p и т. д. к тиристору VD прикладывается положительная полуволна напряжения  создаваемого вторичной обмоткой трансформатора. Поэтому моментам естественного открывания тиристора VD соответствуют точки 0, 2π, 4π. и т. д. При задержке управляющих импульсов на фазовый угол a относительно этих точек в моменты времени, соответствующие углам a, (2 p + a) и т. д. он открывается. Через открытый тиристор к нагрузке прикладывается напряжение u_d в виде импульсов положительной полярности, которые на угловых интервалах a - p, (2 p + a)-  3p  и т. д. повторяют кривую напряжения u₂. При активной нагрузке характер изменения выходного тока преобразователя i_d по форме повторяет изменение напряжения u_d (см. рис. 4, а). При wt=p, 3p и т. д. напряжение на тиристоре становится равным нулю и он закрывается.

Среднее за период значение выходного напряжения для однополупериодной схемы преобразователя при активной нагрузке определяется интегралом

,         (1)

где =0. 45U₂ – среднее значение напряжения на нагрузке при a=0; U₂ – действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

При активно-индуктивной нагрузкеусловие открывания тиристора VD в рассматриваемой схеме остается тем же, что и в предыдущем случае – он открывается с приходом управляющего импульса при положительном напряжении между анодом и катодом. В частности, как показано на временной диаграмме на рис. 4, б, с приходом управляющего импульса на тиристор с задержкой на угол a он открывается и к нагрузке прикладывается положительная полуволна напряжения u₂. Под действием этого напряжения ток i_d начинает нарастать. При этом в индуктивности нагрузки L_н наводится напряжение самоиндукции До тех пор, пока напряжение u₂ превышает падение напряжения на активном сопротивлении нагрузки u_R=i_dR_н ток i_d нарастает и поэтому напряжение на индуктивности u_L положительно

,                                      (2)

На этом этапе в индуктивности L_н запасается электромагнитная энергия, а наводимое в индуктивности напряжение u_L препятствует нарастанию тока i_d.

По мере уменьшения разницы между u₂ и u_R темп увеличения тока i_d замедляется и в момент наступления равенства этих напряжений ток i_d достигает максимального значения, а напряжение на индуктивности u_L становится равным нулю. Далее напряжение u_R превышает напряжение u₂, поэтому ток i_d спадает, а напряжение на индуктивности u_L изменяет знак

,                                      (3)

На этом этапе напряжение u_L препятствует спаданию тока i_d, а индуктивность L_н отдает запасенную ранее электромагнитную энергию, которая наряду с энергией, потребляемой из источника питания, выделяется в виде тепла на активном сопротивлении нагрузки R_н. В момент достижения напряжением u₂ нулевого значения ток i_d поддерживается напряжением u_L, т. е. исключительно за счет энергии, накопленной в индуктивности L_н. Далее при изменении знака напряжения u₂ протекание тока i_d в прежнем направлении обеспечивается разностью напряжений u_L и u₂.

Поскольку на этом этапе ток i_d протекает против изменившего знак напряжения u₂, часть электромагнитной энергии, запасенной ранее в индуктивности L_н, рекуперирует в источник питания. Протекание тока i_d в нагрузке прекращается после того, как весь запас электромагнитной энергии в индуктивности L_н будет исчерпан. Этому условию отвечает равенство площадей затененных криволинейных треугольников на рис. 4, б. Далее процессы повторяются.

Как видно, при активно-индуктивной нагрузке угловой интервал протекания тока l_LR  превышает аналогичный интервал l_R при активной нагрузке (сравните рис. 4, а и рис. 4, б). При этом в выходном напряжении преобразователя появляются отрицательные импульсы, т. е. его выходной ток протекает через нагрузку при отрицательном сетевом напряжении. Очевидно, что с ростом индуктивности L_н амплитуда импульса тока i_d снижается, а его длительность l_LR возрастает.

Теперь рассмотрим влияние постоянной противо-ЭДС в цепи нагрузки на работу преобразователя. На временных диаграммах отсчет значений углов управления тиристора a будем вести от тех же положений, что и в предыдущих случаях. Тогда получаем, что тиристор может быть открыт только в диапазоне изменения угла a между некоторыми минимальным a_min. и максимальным a_max =(p-a_min) значениями, определяемыми равенством напряжения u₂= U_2msinwt и противо-ЭДС Е (в точках а и б на рис. 5, а). Это объясняется тем, что внутри этого диапазона напряжение на тиристоре положительное, а вне его – отрицательное.

С приходом на тиристор управляющих импульсов при выполнении условия a_min < a< a_max он открывается. Если цепь нагрузки кроме противо-ЭДС содержит лишь активное сопротивление, ток нагрузки i_d повторяет по форме разность напряжения u₂ и противо-ЭДС Е, как показано на рис. 5, а. Как только напряжение на тиристоре становится отрицательным (правее точки б на рис. 5, а), он закрывается и ток i_d становится равным нулю. Таким образом, при рассматриваемых условиях наличие постоянной противо-ЭДС в цепи нагрузки приводит к уменьшению угловой длительности интервала протекания выходного тока ТП l_RE по сравнению с длительностью аналогичного интервала l_R при активной нагрузке при одинаковом значении угла управления a и прочих равных условиях (сравните рис. 5, а и рис. 4, а).

Если же нагрузка кроме активного сопротивления и противо-ЭДС содержит еще и индуктивность, то положения моментов отключения тиристора по причинам, рассмотренным выше, отодвигаются в сторону запаздывания по отношению к их положениям при нагрузке без индуктивности. Это ведет к тому, что угловая длительность импульса тока l_LRE становится больше длительности импульса тока l_RE при активной нагрузке с противо-ЭДС (сравните рис. 5, а и рис. 5, б). Таким образом, индуктивность и противо-ЭДС в цепи нагрузки рассматриваемого ТП изменяют длительность проводящего состояния тиристора по сравнению с длительностью его проводящего состояния при чисто активной нагрузке, причем индуктивность её увеличивает, а противо-ЭДС, наоборот, уменьшает.

Рассмотренная схема ТП обеспечивает высокий уровень пульсаций выходного напряжения при малом диапазоне его регулирования (от нуля до 0. 45U₂), а также принципиальную невозможность получения основного для электропривода режима непрерывного тока нагрузки. Поэтому рассмотрим условия получения непрерывного тока нагрузки на примере однофазной мостовой схемы ТП, показанной на рис. 2, б.

На угловых интервалах от 0 – p,  2 p  – 3 p и т. д. к тиристорам VD1 и VD3 прикладывается положительная полуволна напряжения трансформатора  а к тиристорам VD2 и VD4 – отрицательная. Аналогично, на угловых интервалах p – 2 p, 3 p – 4p и т. д. к тиристорам VD2 и VD4 прикладывается положительная полуволна напряжения u₂, а к тиристорам VD1 и VD3 отрицательная. Таким образом, на временных диаграммах на рис. 6 моментам естественного открывания тиристоров VD1 и VD3 соответствуют точки 0, 2 π, 4π. и т. д., а тиристоров VD2 и VD4 точки π, 3π, т. д.

С приходом управляющих импульсов в моменты времени, соответствующие углам a, 2 p + a и т. д. открываются тиристоры VD1 и VD3, а в моменты времени, соответствующие углам p+a,  3 p+a и т. д. – тиристоры VD2 и VD4. На рис. 6, а показаны импульсы выходного тока преобразователя i_d при работе на активную нагрузку, по форме повторяющие напряжение u_d.

Из рис. 6, а видно, что с момента закрытия предыдущей пары тиристоров и до открытия последующей пары тиристоров в пределах углового интервала a все тиристоры закрыты и напряжение на нагрузке равно нулю. Поэтому в нагрузке, как и в однополупериодной схеме ТП, имеется бестоковая пауза, т. е. по форме ток i_d является прерывистым. Однако длительность бестоковых пауз из-за большей частоты импульсов тока в мостовой схеме меньше.

Среднее за период значение выходного напряжения однофазного мостового ТП при активной нагрузке определяется по выражению (1), однако среднее значение напряжения на нагрузке при a=0 для этой схемы вдвое больше, т. е. =0. 9U₂. Зависимость  от угла  назвают регулировочной характеристикой ТП. При работе на активную нагрузку её вид показан на рис. 7 (кривая 1).

При работе мостовой схемы ТП на активно-индуктивную нагрузку с противо-ЭДС возможны различные режимы её работы. В режиме прерывистого тока ток нагрузки i_d представляет собой последовательность импульсов, разделенных бестоковыми паузами, как это показано на рис. 6, б. Однако из-за возросшей в два раза частоты их следования по сравнению с однополупериодной схемой, в мостовой схеме при прочих равных условиях нулевые паузы в токе i_d имеют меньшую длительность. Как и прежде, наличие этих пауз объясняется тем, что в каждом импульсе тока i_d энергии, накапливаемой в индуктивности на этапе его нарастания, недостаточно для поддержания тока i_d на этапе его спадания до момента открывания следующей пары тиристоров.

С увеличением индуктивности нагрузки накапливаемая в ней энергия возрастает и при некотором её значении в мостовой схеме ТП наступает граничный режим. В этом режиме, который иллюстрируют временные диаграммы на рис. 6, в, энергия, запасаемая в индуктивности на этапе нарастания тока i_d, полностью оказывается израсходованной при его спадании. Ток i_d достигает нулевого значения как раз в момент открывания следующей пары тиристоров. Поэтому нулевые паузы в кривой выходного тока исчезают.

Не смотря на то, что тиристоры включаются с задержкой на угол a относительно моментов их естественного открывания, длительность протекания тока i_d через каждую пару тиристоров становится равной половине периода изменения сетевого напряжения. При дальнейшем увеличении индуктивности в цепи нагрузки наступает третий режим работы ТП – режим непрерывного тока (рис. 6, г). В этом режиме очередная пара тиристоров включается раньше, чем ток i_d достигает нулевого значения, в результате чего он вновь начинает нарастать. Поэтому выходной ток ТП не содержит нулевых пауз, т. е. становится непрерывным.

При значительной индуктивности в цепи нагрузки пульсации выходного тока преобразователя становятся незначительными, а наличие там дополнительной постоянной противо-ЭДС практически не изменяет режима его работы. Объяснением этому может служить то, что при этих условиях противо-ЭДС на эквивалентной схеме можно условно заменить равным ей падением напряжения на дополнительном резисторе. Поэтому обычно для упрощения анализа работы ТП принимают значение индуктивности в цепи нагрузки L_н равным бесконечности, а влияние конечного значения индуктивности на работу преобразователя при необходимости рассматривают отдельно.

Наличие отрицательных импульсов в кривой выходного напряжения преобразователя ведет к тому, что среднее значение выходного напряжения преобразователя U_d становится меньше, чем при активной нагрузке и одинаковом значении угла регулирования a.  Уравнение для регулировочной характеристики ТП в режиме непрерывного тока нагрузки имеет вид

              (4)

Из сравнения выражений (1) и (4) следует, что регулировочная характеристика преобразователя при индуктивной нагрузке отличается от аналогичной характеристики при активной нагрузке. Ее вид показан на рис. 7 (кривая 2). Наиболее значимым является то, среднее значение выходного напряжения в рассматриваемом случае равно нулю при ,  а при  оно изменяет знак и становится отрицательным. Отсюда следует важный вывод: при наличии индуктивности в цепи нагрузки, изменяя угол регулирования преобразователя a, можно регулировать его выходное напряжение, как по значению, так и по знаку.

Трехфазная мостовая схема ТП подключается к сети через трехфазный трансформатор, у которого первичные и вторичные обмотки могут быть соединены как в треугольник, так и в звезду. Временная диаграмма фазных напряжений вторичных обмоток трансформатора u_а, u_b, u_с показана в верхней части рис. 8. Точки естественного открывания тиристоров катодной группы помечены цифрами 1, 3, 5, 7 и т. д., а анодной группы, соответственно, цифрами 2, 4, 6, 8 и т. д.

В начале рассмотрим работу преобразователя при a=0, т. е. когда управляющие импульсы на тиристоры VD1 – VD6 приходят в моменты их естественного открывания (см. рис. 8). В каждый момент времени ток проводят два тиристора – один из катодной группы и один из анодной группы. В катодной группе в проводящем состоянии находится тот тиристор, у которого напряжение на аноде наиболее положительное, а в анодной – тот, у которого катод наиболее отрицателен. Поскольку моменты естественного открывания тиристоров катодной и анодной групп не совпадают, для работы мостовой схемы необходимо подавать на вентили управляющие импульсы длительностью больше  или сдвоенные импульсы с интервалом .

Через два открытых тиристора нагрузка подключается на линейное напряжение, например, при работе VD1 и VD6 на напряжение u_аb, затем, когда тиристор VD6 закрывается, а VD2 открывается, на напряжение u_ас и т. д. (см. рис. 8). Таким образом, выходное напряжение u_d имеет амплитуду линейного напряжения на вторичных обмотках трансформатора. При этом длительность открытого состояния каждого тиристора равна , а остальную часть времени он закрыт обратным напряжением, состоящим из частей соответствующих линейных напряжений.

Диаграмма изменения напряжения на нагрузке u_d имеет вид, как показано в нижней части рис. 8. Обратим внимание на то, что кривая u_d имеет шесть пульсаций за один период изменения питающего напряжения и амплитуда их существенно меньше, чем в однофазных преобразователях. Поэтому они легче поддаются фильтрации.

При a≠ 0 в режиме непрерывного тока кривая выходного напряжения состоит из отрезков синусоид линейного напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Временные диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях угла a показаны на рис. 9. Из их рассмотрения можно заключить, что при a< 60⁰ мгновенное значение выходного напряжения преобразователя не изменяет знака и не достигает нулевого значения, поэтому имеет место режим непрерывного выходного тока независимо от характера нагрузки – активной или активно-индуктивной.

При a> 60⁰ в кривой выходного напряжения преобразователя появляются отрицательные участки, следовательно, при недостаточной индуктивности нагрузки возможен режим прерывистого выходного тока. Далее с ростом угла управления a длительность отрицательных участков возрастает, благодаря чему при a=90⁰ среднее значение выходного напряжения U_d равно нулю, а при a> 90⁰ оно меняет знак – становится отрицательным.

В инверторном режиме ТП выполняют функцию, обратную выпрямительному режиму, т. е. преобразуют электрическую энергию постоянного тока в электрическую энергию переменного тока и передают ее в сеть переменного тока. Поскольку электрические параметры преобразователя на стороне переменного напряжения определяются параметрами сети, такие инверторы называют зависимыми или ведомыми сетью инверторами. Принцип действия ведомого сетью инвертора рассмотрим на примере простейшей однофазной однополупериодной схемы с нагрузкой в виде якорной цепи машины постоянного тока (см. рис. 10, а).

Полярность включения тиристора VD в схеме на рис. 10, а по отношению к полярности, наводимой в якоре электрической машины ЭДС, выбирается из условия – в инверторном режиме машина постоянного тока работает генератором электрической энергии, поэтому протекающий через якорную цепь ток и наводимая в ней ЭДС должны совпадать по направлению. Соответственно, для того, чтобы сеть была приемником энергии, необходимо проводящее состояние тиристора обеспечить при отрицательной полуволне ее напряжения. Эти условия определяют возможные положения управляющего импульса по отношению к кривой сетевого напряжения.

В частности, если принять взаимное расположение графиков сетевого напряжения и наводимой ЭДС движения, как показано на рис. 10, б, то очевидно, что управляющий импульс должен располагаться левее точки а, поскольку тиристор VD может открыться только когда потенциал его анода положительнее потенциала катода. Возможны различные варианты положения управляющего импульса относительно кривой сетевого напряжения. В случае, показанном на рис. 10, б, он располагается между точками p и а. От момента прихода импульса и до точки а, где мгновенное значение напряжения сети достигает значения ЭДС движения, ток нарастает, а индуктивность якорной цепи запасает энергию.

Если для упрощения принять сопротивление якорной цепи генератора достаточно малым, можно считать, что в точке а ток i_d достигает максимального значения и далее он, поддерживаемый запасенной в индуктивности электромагнитной энергией, убывает. Как только весь запас энергии будет исчерпан, что определяется равенством площадей затененных областей на рис. 10, б, расположенных левее и правее точки а, ток i_d достигает нулевого значения и тиристор закрывается. Заметим, что с момента времени, соответствующего точке б, напряжение на тиристоре вновь становится положительным. Поскольку в этом случае весь импульс тока приходится на отрицательную полуволну сетевого напряжения, то в течение всего проводящего состояния тиристора обеспечивается режим инвертирования.

С целью увеличения амплитуды и длительности протекания тока в рассматриваемой цепи и, соответственно, увеличения инвертируемой энергии управляющий импульс необходимо дополнительно смещать влево. Приход управляющего импульса до изменения полярности сетевого напряжения, т. е. левее точки p определяет второй вариант его положения относительно синусоиды сетевого напряжения.  При этом от момента прихода управляющего импульса и до точки p ток в цепи протекает под действием, как сетевого напряжения, так и ЭДС генератора. Инвертирование на этом этапе невозможно. Здесь энергия обоих источников за вычетом потерь запасается в индуктивности. Режим инвертирования наступает, как только сетевое напряжение, достигнув нуля, изменяет знак.

Однако важно отметить, что при некотором максимальном смещении управляющего импульса влево относительно точки а наступает граничный режим работоспособности схемы, при котором импульс тока продлевается до момента времени, соответствующего точке б. Если же запас энергии в индуктивности будет таков, что к этому моменту времени она не успеет полностью израсходоваться, ток не достигнет нулевого значения в точке б и тиристор не выключится, а ток после точки б начнет вновь нарастать. Такой режим работы ТП является аварийным и получил название опрокидывание инвертора. Заметим, что в реальных условиях на восстановление запирающих свойств тиристора необходим некоторый интервал времени, поэтому он должен выключаться несколько ранее, чем сетевое напряжение достигнет точки б.

Таким образом, для того, чтобы ТП перешел из режима выпрямления в режим инвертирования необходимо при неизменной полярности подключения тиристора изменить полярность подключения источника постоянной ЭДС и соответствующим образом выбрать угол управления a. При этом контур протекания тока должен содержать индуктивность в цепи нагрузки.

В рассмотренной выше простейшей однополупериодной схеме практически невозможно реализовать режим непрерывного тока, поэтому на практике используют, как минимум, однофазные двухполупериодные схемы, а чаще многофазные, из которых наиболее распространенными являются трехфазные схемы. В качестве примера рассмотрим временную диаграмму и некоторые особенности работы однофазной мостовой схемы (рис. 2, б) в инверторном режиме.

В этой схеме при достаточно большой индуктивности в цепи нагрузки изменение напряжения u₂ практически не влияет на ток. Переменная составляющая напряжения, обусловленная разностью напряжения u₂ и постоянной ЭДС прикладывается к индуктивности и изменением тока нагрузки можно пренебречь. Для обеспечения инверторного режима угол управления a должен быть больше .

Временные диаграммы, поясняющие работу схемы, показаны на рис. 11. На интервале 0-a  проводят ток тиристоры VD2-VD4. Отрицательная полуволна напряжения вторичной обмотки трансформатора u₂ через них подается в нагрузку. В момент времени, соответствующий углу a, на тиристоры VD1-VD3 подаются управляющие импульсы. Так как в этот момент потенциал их анода выше потенциала катода, они открываются. Ток нагрузки i_d переключается на эти тиристоры, а тиристоры VD2-VD4 закрываются обратным напряжением сети. На интервале от a до p полярность напряжения u₂ положительна и она совпадает с полярностью ЭДС Е. Здесь режима инвертирования нет. На интервале от p до p+a полярность напряжения u₂ отрицательна и ток i_d протекает под действием ЭДС Е против напряжения u₂, что говорит о том, что якорная цепь двигателя является источником, а вторичная обмотка трансформатора и, соответственно, сеть приемником электрической энергии.

При открывании тиристоров VD2-VD4 при угле p+a обратным напряжением сети тиристоры VD1-VD3 закрываются, и ток нагрузки вновь переключается на тиристоры VD2-VD4. Интервал их проводимости также состоит из двух участков. На первом участке до точки 2p напряжение u₂ положительно и ток i_d протекает под действием совпадающих по направлению напряжения u₂ и ЭДС Е, а на втором этапе при изменении полярности u₂ опять наступает режим инвертирования. Далее процессы повторяются. Таким образом, на большей части проводящего состояния тиристоров преобразователя происходит передача энергии от электрической машины, работающей генератором, в сеть переменного тока. Следует обратить внимание на то, что ток вторичной обмотки трансформатора i₂ имеет форму прямоугольных импульсов.

Теоретически режим инвертирования в пределах каждого импульса тока может простираться до точек с координатами p, 2p, 3p и т. д. Однако реально при подаче управляющих импульсов на тиристоры в этих точках не выполняются условия запирания ранее проводивших ток тиристоров (обратное напряжение на них равно нулю) и они остаются во включенном состоянии. Наступает режим опрокидывания инвертора, для исключения которого в инверторном режиме ограничивают максимальное значение угла управления a_max.

При анализе инверторного режима работы ТП часто оперируют не с углами управления a, а с углами опережения управления, дополняющими значение a до p (см. рис. 11), т. е.

                                              (5)

Рассмотренное выше ограничение угла регулирования по отношению к углу опережения определяет его минимальное значение , которое с учетом необходимого временного интервала на восстановление запирающих свойств тиристоров обычно выбирают в пределах 10⁰ - 15⁰.

Объединив выражения (4) и (5) получаем уравнение регулировочной характеристики инвертора в виде зависимости среднего значения напряжения на его выходе U_{d. и} от угла b

                         (6)

Для надежного закрывания тиристоров обычно ограничивают минимальное значение угла опережения включения тиристоров b_min в пределах 10⁰ - 15⁰.

123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: