1 Описание силовой схемы и процессов ее работы

В преобразовательной технике электропривода имеется несколько схем однофазных выпрямителей, выполненных на силовых полупроводниковых приборах: однополупериодная, двухполупериодная с нулевой точкой, двухполупериодная мостовая схема. Все эти схемы могут быть выполнены на неуправляемых (диодах), на управляемых (тиристорах и транзисторах) и в комбинации управляемых и неуправляемых приборов (диоды, тиристоры, транзисторы).

Наиболее предпочтительной схемой однофазного выпрямителя является несимметричная мостовая схема управляемого выпрямителя, в которой два поперечных плеча моста выполнены на неуправляемых вентилях (диодах), а два других - на управляемых вентилях (тиристорах). Эта схема обладает также повышенным коэффициентом мощности, лучшей регулировочной характеристикой и более простой схемой управления тиристорами выпрямителя [1, 2].

На рис. 1.1 представлена силовая схема выпрямителя, а на рис. 1.2 -временная диаграмма процессов его работы.

Рис. 1.1. Силовая схема выпрямителя

Напряжение сети переменного тока подводится к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к выпрямителю. От выпрямителя питается двигатель постоянного тока Д, подключённый к его выходу через сглаживающий дроссель СД. Обмотки якоря Я и возбуждения ОВ двигателя включены между собой последовательно. Для устойчивой работы двигателя в режиме его коммутации параллельно обмотке возбуждения включено постоянное сопротивление шунтирующего резистора R_m. В данной схеме выпрямителя реализуется фазовый способ регулирования выпрямленного напряжения на двигателе за счёт изменения угла отпирания α тиристоров. Увеличивая или уменьшая угол , можно уменьшать или увеличивать среднее значение _Ud выпрямленного напряжения выпрямителя. Наибольшее значение будет при и равное нулю – при

Рис. 1.2. Диаграмма процессов работы выпрямителя

Рассмотрим работу выпрямителя на интервале времени двух полупериодов напряжения сети (рис. 1.2). В первый полупериод напряжения сети, при котором эдс вторичной обмотки трансформатора имеет полярность, обозначенную на рис. 1.1 по направлению стрелкой «справа-налево», выпрямленный ток нагрузки i_d протекает через тиристор VS1 и диод VD2. Изменение полярности напряжения вторичной обмотки трансформатора в момент на обратное (направление стрелки «слева-направо») приводит в начале второго полупериода к коммутации тока из диода VD2 в диод VD1. В результате ток через диод VD2 уменьшается от величины до нуля, а через диод VD1 увеличивается от нуля до величины .

В период сетевой коммутации (коммутация называется сетевой потому, что происходит в начале полупериодов при смене полярности напряжения сети) диодов VD1 и VD2 на протяжении длительности угла коммутации выпрямленное напряжение равно нулю, так как вторичная обмотка трансформатора находится в закороченном состоянии с помощью открытых диодов VD1 и VD2 , которые создают равные потенциалы её обоих концов, т.е.

Одновременно в период коммутации возникает буферный контур разряда накопленной электромагнитной энергии в индуктивности цепи выпрямленного тока (сглаживающий дроссель СД и обмотки Я и ОВ двигателя постоянного тока Д). Ток разряда накопленной энергии протекает через ранее открытый тиристор VS1 и отпирающийся диод VD1 под действием эдс самоиндукции, возникающей в индуктивностях СД и Д. Этот разрядный ток используется в двигателе, так как увеличивает среднюю величину тока на интервале коммутации и уменьшает его пульсацию. Если бы этого буферного контура не было (в случае, когда вместо диодов VD1 и VD2 были бы тиристоры), то накопленная энергия в цепи выпрямленного тока разряжалась бы во вторичную обмотку трансформатора (т. е. в сеть) через работающие с предыдущего полупериода тиристоры. Такой режим работы увеличивает реактивную и уменьшает активную составляющие полной мощности, забираемой выпрямителем из сети для работы двигателя. В результате чего коэффициент мощности выпрямителя понижается.

После окончания коммутации напряжение продолжает быть равным нулю до момента полного открытия тиристора VS2 во втором полупериоде напряжения сети. Передача энергии от сети через трансформатор к двигателю возобновляется при открытии тиристора VS2 в момент, определяемый углом отпирания . В этот момент начинается вторая коммутация когда в тиристоре VS2 ток увеличивается от нуля до величины а в тиристоре VS1 ток уменьшается от величины до нуля. После завершения процесса второй коммутации ток в двигателе протекает через тиристор VS2 и диод VD1 под воздействием напряжения вторичной обмотки трансформатора.

В следующем (первом) полупериоде напряжения сети в выпрямителе начнут протекать процессы, аналогичные рассмотренным во втором полупериоде. Буферный контур разряда энергии цепи выпрямленного тока в первом полупериоде будет создаваться уже теперь через вентили VS2 и VD2.