23. Реверсивные тиристорные преобразователи

Изменение направления тока в нагрузке, необходимое на практике (например, реверсивный электропривод), может быть осуществлено без применения переключающих ап­паратов. Для этого достаточно иметь два комплекта вентилей тиристорных преобразователей (ТП), каждый из которых обеспечивает протекание тока только в одном направ­лении.

Все существующие схемы реверсивных ТП можно раз­делить на два класса: встречно-параллельные и пере­крестные.

Наибольшее распространение в трехфазных мостовых схемах выпрямления получила встречно-параллельная схема соединения комплектов вентилей, так как в ней используется более простой двухобмоточный трансформатор и, кроме того, она допускает применение бестрансформаторного питания вентильных комплектов непосредственно от сети трехфазного тока.

В перекрестной схеме обязательным является трансформатор Т_р с двумя комплектами вторичных обмоток, что ведет к усложнению конструкции, увеличению габарит­ной мощности и удорожанию трансформатора.

В зависимости от полярности напряжения на нагрузке Н и направления тока в ней в реверсивном ТП возможны сле­дующие режимы:

1. Напряжение и ток в нагрузке совпадают и имеют пря­мое направление — первый комплект вентилей УВ₁ работает в выпрямительном режиме. При этом угол управления α₁ у вентилей этого комплекта 0 < α₁ < 90°, и нагрузка потребляет энергию.

2. Напряжение на нагрузке обратное, но ток в нагрузке продолжает протекать в прямом направлении — комплект УВ1 работает инвертором (90° < α₁ < 180°). Энергия из цепи нагрузки отдается в сеть.

3. Напряжение и ток нагрузки обратные — комплект УВ2 работает выпрямителем (0 < α₂ < 90°), и нагрузка потребляет энергию.

4. Напряжение на нагрузке прямое, а ток обратный — УВ2 работает в инверторном режиме (90° < α₂ < 180°), и нагрузка отдает энергию в сеть.

Перевод ТП и нагрузки из одного режима в другой осу­ществляется путем воздействия на углы управления вентиль­ными комплектами.

В реверсивных ТП необходимо, чтобы переход тока от одного вентильного комплекта к другому переходил без пауз, ухудшающих динамические характеристики ТП, и чтобы в контуре, образованном обеими группами (в схемах на рис. 20 этот контур показан стрелками), уравнительный ток, бесполезно загружающий вентили и трансформатор, был бы сведен к минимальному значению.

Эти требования выполняются, если равны постоянные со­ставляющие напряжений комплекта, работающего в выпрямительном либо в инверторном режиме, и другого комплекта, через который в данный момент времени ток нагрузки не проходит и управление которым подготовлено соответственно к инверторному или выпрямительном режиму.

В случае, когда управляющие импульсы подаются одно­временно на вентили обоих комплектов ТП, а углы управле­ния соответствуют приведенным выше равенствам, управле­ние называется согласованным.

Рис. 21. Регулировочная характеристика реверсивного преобразователя

Для обеспечения такой связи между углами α₁ и α₂ необ­ходимо, чтобы характеристики вход-выход систем импульсно-фазового управления (СИФУ) обоими комплекта­ми вентилей были зеркально подобными. Для управления ТП чаще всего используются системы управления с арккосинусоидальной характеристикой , при которой результирующая регулировочная характеристика ТП получается линейной во всем диапазоне регулиро­вания.

Несмотря на равенство средних значений напряжений при согласованном управлении имеет место разность мгно­венных значений выходных напряжений комплектов венти­лей ТП. Причиной этого являются пульсации выходных на­пряжений комплектов вентилей. Под действием разности мгновенных напряжений через вентили и обмотки транс­форматора, минуя цепь нагрузки, протекает уравнительный ток i_ур (см. рис. 20). Помимо дополнительных потерь в эле­ментах схемы, уравнительный ток в переходных режимах может привести к аварийным отключениям схемы. Для огра­ничения уравнительного тока в цепь вентильных комплектов включают ограничительные реакторы ОР1 и ОР2.

Рис. 22. Функциональная схема управления преобразователем, питающим якорную цепь электродвигателя

Полное устранение уравнительного тока может быть полу­чено при раздельном управлении комплектами вентилей. Оно заключается в снятии управляющих импульсов с вентилей того комплекта, который в данный момент не проводит ток. В этом случае один из комплектов вентилей всегда заперт и контур для протекания уравнительного тока отсутствует. Бла­годаря этому из схемы можно исключить ограничивающие реакторы и полностью использовать установленную мощ­ность ТП, так как выпрямительный комплект можно откры­вать с нулевым углом управления. Однако при этом усложня­ется система управления ТП, так как приходится вводить в систему датчики тока комплектов вентилей УВ1 и УВ2 либо датчик тока нагрузки ДТ (рис. 22). При спаде тока, проте­кающего через работающий комплект вентилей, либо тока определенного направления в нагрузке до достаточно малого значения, логическим устройством ЛУ вырабатываются ко­манды, управляющие ключами К1 и К2. Последние снимают управляющие импульсы, например, с системы управления СУ1, и подают импульсы на систему управления СУ2 другого комплекта вентилей ТП.

При совместном управлении суммарная нагрузка преобра­зователей может значительно превышать полезную нагрузку на выходе из-за наличия уравнительных токов. Однако эти же токи позволяют обеспечивать непрерывное плавное управление при малом токе нагрузки или при его отсутствии. Данные обстоятельства обусловливают целесообразность объединения в одной системе принципов раздельного и со­вместного управления. В данной комплексной системе управ­ления двухкомплектный преобразователь преимущественно работает в режиме раздельного управления. Однако при уменьшении тока нагрузки ниже определенного уровня обес­печивается режим совместного управления с уравнительными токами, позволяющий осуществлять плавное и непрерывное регулирование при прерывистом токе якоря.

В комплексной системе управления двухкомплектным преобразователем уравнительные токи протекают лишь при малых токах нагрузки, поэтому габариты реактора невелики. При больших нагрузках, когда работает один комплект пре­образователя и отсутствуют уравнительные токи, магнитопровод реактора насыщается, и он практически не оказыва­ет влияние на работу электропривода.