18. Регулируемые электроприводы постоянного тока

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

В большинстве случаев применения управляемых выпрямителей средней и большой мощности приходится решать задачу управления средним значением выпрямленного напряжения U_d. Соотношение между средним U_d и амплитудным U_m значениями напряжения:

U_d = U_m ≈ 0.637U_m .

Основными элементами современных управляемых выпрямителей являются тиристоры или силовые транзисторные ключи. На рис.18.1 представлена схема простейшего однофазного однополупериодного выпрямителя на тиристоре.

Управ­ление напряжением на выходе управляемого выпрямителя сводится к управлению во времени моментом отпирания тиристора VT. Это осуществляется за счет сдвига фаз между анодным напря­жением и напряжением U_y , подаваемым на управляющий электрод ти­ристора. Такой сдвиг фаз называют углом управления и обозначают α (рис.18.1,б), а способ управления называют фазовым. Управление величиной α осуществляют с помощью фазовращающей R₂C-цепи, которая позволяет изменять угол α от 0 до 90^°. При этом выпрямленное напряжение регулируют от наибольшего значения до его половины. Резистором R₁ изменяют напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора. Диод VD обеспечивает подачу на управля­ющий электрод положительных однополярных импульсов.

Рис.18.1. Схема однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя (а), временные ди­аграммы напряжений и тока (б)

Оптимальной формой управляю­щих сигналов для тиристоров явля­ется короткий импульс с крутым фронтом. Такая форма позволяет уменьшить нагрев управляющего электрода тиристора, а также обес­печить за счет высокой крутизны управляющего импульса четкое от­пирание тиристора. Для формиро­вания подобных импульсов и их сдвига во времени служат специаль­ные импульсно-фазовые системы уп­равления. Изменение угла управле­ния осуществляют ручным или авто­матическим способом, что обеспечи­вает изменение выпрямленного на­пряжения в требуемых пределах.

Среднее значение выпрямленного напряжения при угле управления α≠0 без учета потерь определяют из выражения

где U_d0 = U₂ – среднее значение напряжения на нагрузке при α=0, U₂ – действующее напряжение фазы вторичной обмотки трансформатора.

Зависимость U_d = f(α) называют характеристикой управления выпрямителя. Эта зависимость для нагрузочного устройства с активным сопротивлением представлена на рис.18.2.

Рис.18.2. Характеристика управления однофазного уп­равляемого выпрямителя

П ри двухполупериодной схеме выпрямителя (см. раздел 10) формы выходного напряжения U_d при различных углах управления (от α=0 до α=π ) имеют вид, представленный на рис.18.3.

Рис.18.3. Графики выходного напряжения при различных углах управления

Управляемые выпрямители используются в регулируемых электроприводах постоянного тока в буровых установках (в электроприводе ротора, буровой лебедки, бурового насоса, регулятора подачи долота).

Кроме того, они используются в полупроводниковых преобразователях частоты в качестве промежуточного звена постоянного тока.