3 Расчёт характеристик тиристорного преобразователя
3.1 Построение регулировочных, фазовой и внешних характеристик тиристорного преобразователя
Основными
характеристиками, которые необходимо
построить при проектировании тиристорного
преобразователя, являются: регулировочные
характеристики
,
,
фазовая характеристика
,
внешняя регулировочная характеристика
и внешняя нагрузочная (выходная)
характеристика
или
.
Выпрямленная
ЭДС тиристорного преобразователя
является функцией
угла регулирования α, который отсчитывается
от точки естественного включения
вентилей, и в режиме непрерывного тока
определяется общим уравнением
регулировочной характеристики
,
(3.1)
где 
-
максимальная ЭДС тиристорного
преобразователя при α=0;
-
амплитудное значение вторичной фазной
ЭДС трансформатора
.
Тогда получим:
.
-
начальная фаза (критический угол),
соответствующая точке естественного
включения тиристора в работу
Регулировочная характеристика тиристорного преобразователя имеет вид
, (3.1.1)
где 
-
активное и индуктивное сопротивление
фазы трансформатора,
.
Зависимость (3.1.1) позволяет проверить правильность выбора трансформатора по вторичному напряжению: номинальному напряжению мотора должен соответствовать номинальный угол управления
,
,
(3.1.2)
.
Построим регулировочные характеристики и .
Пример
расчёта для номинального значения угла
регулирования
:
,
.
Таблица 3.1 - Значения выпрямленной ЭДС и выпрямленного напряжения в зависимости от
угла
регулирования
-
α,⁰
,В
,B0
70.0
57.0
15
68.1
54.5
30
61.2
47.6
45
49.6
36.3
60
35.3
21.7
75
18.1
4.8
90
0
-13.1
105
-18.1
-31.3
120
-35.3
-48.2
135
-49.6
-62.5
150
-61.2
-73.8
165
-68.1
-80.7
180
-70.0
-83.0
Рисунок
3.1 – Регулировочные характеристики
,
тиристорного
преобразователя
Вид
фазовой характеристики системы
импульсно-фазового управления
определяется
формой опорного напряжения. При линейно
изменяющемся опорном напряжении
изменению угла
соответствует
изменение напряжения на выходе генератора
опорного напряжения до максимального
опорного напряжения
.
Уравнение
(3.2)
даёт выражение, связывающее угол α с напряжением управления системы импульсно-фазового управления
.
(3.3)
Начальный
угол согласования тиристорных групп
.
Напряжение
управления системы импульсно-фазового
управления
.
Значение максимального
опорного напряжения определим, подставив
в формулу (3.3) значение номинального
угла регулирования:
.
Построим фазовую характеристику .
Пример
расчёта для значения напряжения
управления
:
.
Таблица
3.2 – Значения угла регулирования α в
зависимости от напряжения управления
-
, В
α,⁰
10
21.5
0
90
-10
158.5
Рисунок 3.2 – Фазовая характеристика тиристорного преобразователя
Регулировочная
характеристика
может быть получена
при подстановке в (3.1) значения угла
регулирования α:
;
(3.4)
Построим регулировочную характеристику .
Пример расчёта для значения напряжения управления :
.
Таблица
3.3 – Значения относительной ЭДС
в зависимости от
напряжения
управления
-
10
0.93
9
0.88
8
0.82
7
0.75
6
0.66
5
0.57
4
0.47
3
0.36
2
0.24
1
0.12
0
0.00
-1
-0.12
-2
-0.24
-3
-0.36
-4
-0.47
-5
-0.57
-6
-0.66
-7
-0.75
-8
-0.82
-9
-0.88
-10
-0.93
Рисунок 3.3 – Регулировочная характеристика тиристорного преобразователя
В
блоке системы импульсно-фазового
управления предусматривается ограничение
минимального
и максимального
угла регулирования, фазировка в
соответствии с группой соединения
силового питающего трансформатора с
дискретностью 30 эл. град, а также установка
начального угла согласования
.
Максимальный угол регулирования
,
(3.5)
где 
-
угол коммутации,
,
(3.6)
где - угол, соответствующий номинальному режиму работы двигателя;
-
угол восстановления запирающих свойств
тиристора,
,
(3.7)
где 
-
время выключения тиристора;
Δα - наибольшее значение асимметрии управляющих импульсов во всем диапазоне изменения угла регулирования, Δα=2⁰.
Подставив значения в формулы (3.5÷3.7) найдём максимальный угол регулирования :
,
,
.
Найденное
ранее по формуле (3.3) значение максимального
угла регулирования
удовлетворяет
условию из формулы (3.5), то есть
.
Внешняя характеристика тиристорного преобразователя в режиме непрерывного тока в соответствии со схемой замещения системы тиристорный преобразователь-двигатель (рисунок 3.4)
,
(3.8)
.
Рисунок 3.4 – Схема замещения системы тиристорный преобразователь-двигатель
в режиме непрерывного тока
В
проекте строится семейство характеристик
по выражению (3.8) для всех режимов работы
тиристорного преобразователя (в четырёх
квадрантах) при углах α=const,
которые соответствуют пяти значениям
напряжения
:
,
,
,
,
при номинальном
токе
.
В каждом случае определяется угол
регулирования α из выражения (3.8) или
(3.1.2) после подстановки в него
соответствующего значения
и тока
.
Затем для каждого из пяти значений угла
α строится характеристика
согласно (3.8) для
двух значений тока
,
например
и
.
Пример расчёта зависимости, соответствующей номинальному режиму:
,
,
, 
,
, 
,
, 
,
, 
.
Для инверторного режима рассчитывается граница предельного (безопасного) режима инвертирования, описываемая приближенно уравнением ограничительной характеристики, определяемая именно в пространстве состояний инверторного режима в области малых углов β:
Данные для границы инвертирования приведены в таблице 3.4.
Пример
расчёта границы инвертирования при
:
, 
,
, 
.
На рисунке 3.5 отмечены вертикальные прямые, ограничивающие максимальный действующий ток через тиристоры, равный 31.4 А.
Таблица 3.4 – Данные для построения границы инвертирования
-
-18
-9
9
18
65.40
67.65
-67.65
-65.40
Таблица 3.5 - Данные для построения внешних характеристик
|
α,⁰ |
|
|||
|
|
|
|
||
|
158.5 |
-51.7 |
-56.4 |
-69.8 |
-74.5 |
|
137.7 |
-38.7 |
-43.4 |
-56.7 |
-61.4 |
|
124.0 |
-25.8 |
-30.5 |
-43.9 |
-48.6 |
|
111.4 |
-12.9 |
-17.6 |
-30.9 |
-35.6 |
|
101.0 |
-0.0 |
-4.7 |
-18.0 |
-22.7 |
|
79.0 |
22.7 |
18.0 |
4.7 |
0.0 |
|
68.6 |
35.6 |
30.9 |
17.6 |
12.9 |
|
56.0 |
48.6 |
43.9 |
30.5 |
25.8 |
|
42.3 |
61.4 |
56.7 |
43.4 |
38.7 |
|
21.5 |
74.5 |
69.8 |
56.4 |
51.7 |
Рисунок 3.5 – Внешние характеристики тиристорного преобразователя
Затем
строятся совмещённые внешние
и регулировочные
при
и
характеристики в двух квадрантах для
выпрямительного и инверторного режима
работы тиристорного преобразователя.
Рисунок 3.6 - Совмещённые внешние и регулировочные характеристики
тиристорного преобразователя