2.4 Тұрақты ток қозғалтқышы - басқарылатын вентильді түрлендіргіш

Қатты дене физикасының жетістіктері айнымалы ток энергиясын тұрақты ток энергиясына түрлендіру және кері түрлендіру басқарылатын вентильді түрлендіргіштердің (БВТ) көмегімен іске асуы олардың қазіргі заман техникасында кең қолданылуына септігін тигізді. БВТ - ның негізгі жетістіктері жоғары энергетикалық көрсеткіштерге, жоғары статикалық және динамикалық қасиеттері, шығыс кернеуін кең реттеу мүмкіндігі, шығыс кернеуін реверстеуді қамтамасыз ету, тәуелсіз қоздырылатын тұрақты ток қозғатқыштарын қолданып басқару жүйесін тұрғызу кезінде реттеуіштердің шамаларын ретке келтіруді стандарттау бұзылмай жұмыс істеудің үлкен ресурсына әкеліп тіреледі. Тарихи статикалық элемент ретінде тиристорлық түрлендіргіштер бұзылмай жұмыс істеу ресурсы шектелген айналмалы машиналық түрлендіргіштердің орнына қолданылды. Тиристорлық түрлендіргіштер бір фазалық және үш фазалық сұлбалар бойынша тұрғызылады. Түрлендіргіштің әрекет ету принципі вентильдер периодтың өткізгіштік бөлігіне кернеу төмендеуі аз кезінде электрлік кілттер ролінде ток өткізуімен және периодтың өткізгіштік емес бөлігінде тізбекті жабуымен түсіндіріледі. Кернеуді реттеу периодтың өткізгіштік бөлігінде вентильдің жұмыс істеу ұзақтығын өзгерту жолымен орындалады. Іс жүзінде вентильдік түрлендіргіштерде басқаруы шектеулі вентильдер қолданылады, яғни оларда периодтың өткізгіштік бөлігінде токты жіберу бастамасын тоқтата тұру мүмкін, бірақ оның ноль арқылы өзіндік өтуіне дейін токты жіберуді тоқтатуға болмайды. Осыған байланысты вентильді түрлендіргіштің кернеуін реттеу периодтың өткізгіштік бөлігінде вентильдерді ашу кезеңін тоқтата тұру жолымен орындалады.

Басқарылатын түзеткіштерде қолданылатын негізгі элементтер – шала өткізгіштік вентильдер – диодтар мен тиристорлар болады.

Бұл элементтердің ортақ қасиеті, олар екі күйде – ашық және жабық күйде тұра алады. Ашық күйде вентильдегі тікелей кернеу төмендеуі сұлбаның басқа элементтерінде бөлінетін кернеуден 10²-10³ есе аз болады (мысалы, тиристорда тікелей кернеу төмендеуінің орташа мәні 1В-тан аз). Жабық күйде вентиль арқылы ағатын ток ашық күйдегі токтан 10³-10⁴ есе аз. Осының бәрі электр магниттік процестерді талдау кезінде шала өткізгіш вентильдерді идеалды кілт ретінде есептеуге рұқсат береді және олардың тікелей кернеу төмендеуі мен кері токтарын есепке алмаса да болады. Шала өткізгіш диод оның анодында оң кернеу кезінде ашық күйде (катодқа қатысты оң) және теріс кезінде жабық күйде болады.

Тиристорды ашық күйге қосу үшін оның басқарушы электродына (катодқа қатысты) анодта оң кернеу болған кезде (катодқа қатысты оң) оң басқарушы импульс беру қажет. Басқарушы импульстің ұзақтығы оның әрекет ету уақытында тиристордың анодының тогы ағыту тогынан үлкен болу керек. Тиристорды жабу үшін анодтың тогын ағыту тогы мәніне дейін азайту қажет немесе оның анодына кері кернеу қосу керек (катодқа қатысты теріс). Тиристорды жабу тогы оның тура ағатын тогынан 10³-10⁴ есе аз, сондықтан сұлбаның жұмысын талдау кезінде тиристор анод тогының нолдік мәнінде жабылады деп есептеуге болады. Тиристорлардың шығыс кернеуін басқару үшін фазалық реттеу тәсілі кең қолданыс тапты. Фазалық реттеу тәсілі айнымалы кернеу мен жүктеме арасында тізбектеле қосылған тиристорларды ашу кезеңін басқаруға негізделген. Фазалық тәсілді сипаттау үшін қарапайым басқарылатын түзеткіштің жұмысын қарастырайық.

2.34 – сурет. Бір фазалы басқарылатын nnтүзеткіш

2.34 - суретте бір фазалы бір жарты периодты басқарылатын түзеткіштің сұлбасы көрсетілген. Бұл сұлбада VS тиристор, ИФБЖ - импульсті фазалық басқару жүйесі, R - жүктеме кедергісі. Тиристор жүктемедегі түзетілген кернеуді түзету және реттеу үшін қызмет етеді. ИФБЖ тиристорлардың ашу кезеңін басқару үшін қолданылады.

Сұлбаның күштік бөлігіне желінің айнымалы кернеуі u_ж беріледі. Тиристордың басқарушы электродына желінің кернеуіне қатысты фазасы ИФБЖ - ның кіріс сигналының u_кір мәнімен анықталады, ал жиілігі қоректендіретін желінің жиілігіне тең.

Жүктеменің кедергісі R ретінде тұрақты ток машинасының якорь тізбегі, сондай-ақ оның қоздыру орамасы да қолданылады. 2.35 - суретте машинаның қоздыру орамасына LМ жұмыс істеу кезіндегі бір фазалы басқарылатын түзеткіштер сұлбаларының нұсқалары көрсетілген. Суреттегі белгілеулер: Т - трансфарматорға, VS - тиристорларға, VD - диодтарға сәйкес.

2.35а - суретте нолдік диоды бар бір фазалы бір жарты периодты басқарылатын түзеткіш келтірілген. 2.35б суретте орта нүктесі бар бір фазалы түзеткіш көрсетілген.

2.35 – сурет. Бір фазалы түзеткіштердің сұлбалары

2.35в - суретте орта нүктесі және нолдік диоды бар бір фазалы басқарылатын түзеткіш көрсетілген. 2.35г - суретте көпірлі бір фазалы басқарылатын түзеткіш көрсетілген. 2.35д - суретте бір фазалы симметриялы емес көпірлі басқарылатын түзеткіш келтірілген.

Басқарылатын түзеткіштердің шамаларын есептеу үшін келтірілген формулалар 2.1 - кестеде көрсетілген, кестедегі әрбір бағана 2.35 - суреттегі сұлбаның нұсқаларына сәйкес.

2.1 - кесте

Шамалар	Басқарылатын түзеткіш сұлбаларының нұсқалары
Сұлбалар	Сурет 2.4.2а	Сурет 2.4.2б	Сурет 2.4.2в	Сурет 2.4.2г	Сурет 2.4.2д
Реттеу бұрыш максим. мүмкін ауқымы	0    	0    /2	0    	0    /2	0    
Түзетілген кернеудің орташа мәні
Түзетілген токтың орташа мәні
Тиристор тогының орташа мәні
Диод тогының орташа мәні		_____		______
Тиристор. максимал кері кернеуі
Диодтағы кері кернеудің максимал мәні		______		______

Кестеде келесі белгілеулер қолданылған:

 - реттеу бұрышы;

U_ор- түзетілген кернеудің орташа мәні;

U_ор0 – реттеу бұрышы =0 кезіндегі түзетілген кернеудің орташа мәні;

U₂ – трансформатордың екінші реттік орамасы кернеуінің әрекет ету мәні;

U_{VS кері m} – тиристордағы кері кернеудің максимал мәні;

U_{VD кері m} – диодтағы кері кернеудің максимал мәні;

I_ор – жүктеме тогының орташа мәні;

I_{VS ор} – тиристор тогының орташа мәні;

I_{VD ор} – диод тогының орташа мәні;

R_LM – қоздыру орамасының кедергісі.

2.34 - суреттегі сұлбаның жұмысын түсіндіретін диаграммалар 2.35а -суретінде келтірілген. Бірінші диаграммада желі кернеуінің u_ж бұрышқа  (мұнда және бұдан кейін = ωt [рад], =2f_ж - бұрыштық жиілік [рад/сек], f_ж - желі кернеуінің жиілігі [Гц], t - уақыт) тәуелділігі келтірілген. Кернеу u_ж периоды 2π болатын синусондалы заң бойынша өзгереді

U_ж = U_m sin , (2.37)

мұнда U_m - желі кернеуінің амплитудалық мәні ( ; U_ж – желі кернеуінің әсер етуші мәні).

Екінші диаграммада тікбұрышты пішінді басқарушы импульсі u_б келтірілген. Импульстің амплитудасы мен ұзақтығы тиристордың сенімді ашылу шартынан таңдалады. Импульстер ИФБЖ - мен тиристордың анодында оң кернеу болған кезде пішінделеді және желінің кернеуіне қатысты реттеу бұрышына  (кештету бұрышына) ысырылған. Реттеу бұрышының мәні ИФБЖ - ның кіріс сигналына u_кір тәуелді. Үшінші, төртінші және бесінші диаграммаларда жүктемедегі кернеудің бірсәттік мәндері – u_d(), жүктеме тогы – i() және тиристордың анодындағы катодқа қатысты кернеудің u_VS() тәуелділіктері келтірілген.

Сұлбаның жұмысын бөлек уақыт аралықтарында қарастырайық.

0< уақыт аралығы. Бұл аралықта тиристор жабық, тиристор тогы i() мен жүктемедегі кернеу u_d() нолге тең, ал тиристор анодындағы кернеу желі кернеуіне тең u_VS()=u_с().

= кезінде тиристордың басқарушы электродына басқарушы импульс u_б беріледі және тиристор ашылады. Бұл кезде тиристор анодының тогы і бірден өседі және ажырату тогынан үлкен болып шығады, сондықтан басқарушы импульс біткеннен кейін де тиристор ашық күйде қалады.

< уақыт аралығы. Бұл уақыт аралығында тиристор ашық, тиристор анодындағы кернеу u_VS() нолге тең, жүктемедегі кернеу желі кернеуіне тең, яғни u_d()u_ж(), ал жүктеме тогы i()=u_d/R_н.

 кезінде тиристор анодының тогы ажырату тогынан аз болады, тиристор жабылады.

2. уақыт аралығы. Бұл уақыт аралығында тиристор жабық, ал сұлбаның күйі 0< уақыт аралығындағы күймен бірдей болады.

24, 46, ..., 2i2(i+1), мұнда i=0,1,2,..., уақыт аралықтарында сұлбаның жұмысы 02 уақыт аралығындағы жұмысына ұқсас. 2.36б - суретте реттеу бұрышы α 2.36а суретпен салыстырғанда үлкен мәнге ие болған жағдай үшін диаграммалар келтірілген.

2.36 - суретте келтірілген диаграммаларда көрсетілгендей, жүктемедегі кернеуде жиілігі желі кернеуінің жиілігіне тең оң импульстердің сипаты бар.

Жүктемедегі кернеудің бірсәттік мәні u_d() тиристор ашық уақыт аралықтарында желі кернеуіне u_ж() тең және тиристор жабық уақыт аралықтарында нолге тең. Түзетілген кернеудің орташа (периодта) мәнін (түзетілген кернеудің тұрақты құраушысы) геометриялық түрде келесі жолмен анықтауға болады. Ені 2π болатын тікбұрыш тұрғызамыз, оның ауданы жүктемедегі бір сәттік кернеу u_d қисығының ауданымен шектелген. Алынған тікбұрыштың биіктігі жүктемедегі кернеудің орташа мәніне тең болады. Осыған орай, кернеудің орташа мәні жүктемедегі бірсәттік кернеу қисығымен шектелген ауданға пропорционал, яғни ол реттеу бұрышына α тәуелді.

2.36 – сурет. 2.35 - суреттегі сұлбаның диаграммалары

Талдау бойынша жүктемедегі кернеудің орташа мәні мына түрде анықталады

(2.38)

мұнда - реттеу бұрышы α=0 кезіндегі түзетілген кернеудің орташа мәні.

Алынған формула жүктеме кернеуі орташа мәнінің U_ор() реттеу бұрышына  тәуелділігін сипаттайды және оны реттеу сипаттамасы деп атайды. Формуладан көрініп тұрғандай,  бұрышы 0 шектерінде өзгерген кезде жүктемедегі кернеудің орташа мәні U_ор(), шектерінде өзгереді және реттеу бұрышы көбейген сайын ол азая түседі. Соңғы жазылғандар 2.36а және 2.36б - суреттерінде U_ор мәндерімен суреттеледі.

Активті жүктеме кезінде u()=R·i() пішінімен орындалады. Сондықтан токтың және кернеудің орташа мәндері келесі арақатынаспен байланысты

(2.39)

Осыған орай, кернеу мен жүктеме тогының орташа мәнін реттеу әдісі реттеу бұрышын α өзгерту жолымен ИФБЖ – ның көмегімен тиристордың ашу кезеңін өзгерту арқылы жүзеге асырылады.

Қазіргі уақытта өнеркәсіпте тәуелсіз қоздырылатын тұрақты ток электр қозғалтқыштары кең колданылады. Мұндай қозғалтқыштардың якорге қосылған кернеуді және қоздыру тогын (ағынын) өзгерту жолымен айналу жылдамдығын өзгертуге болады. Айналу жылдамдығын реттеу үшін бір аймақтық (бірінші тәсіл бойынша) және екі аймақтық (бірінші және екінші тәсіл бойынша) басқаруы бар тиристорлық түрлендіргіштер қолданылады. Тұрақты ток қозғалтқыштарындағы қоздыру орамасының ерекшелігі оның үлкен (якорьге қатысты) индуктивтілігі, аз тұтыну қуаты және қоздыру тогының рұқсат етілген ауқымы болады. Тұтыну қуаты электр қозғалтқышының нақты қуатының бір пайызын құрайды, ал қоздыру тогын реттеу ауқымы 10 - нан аспайды. Осыған байланысты қоздыру тогын реттеу үшін бәрінен де жиі реверсті емес бір фазалы басқарылатын түзеткіштер қолданылады. Қоздыру орамасының үлкен уақыт тұрақтысы және қоздыру тогының аз реттеу ауқымы басқарылатын түзеткіштердің үздіксіз токтар ауданында жұмыс істеуіне әкеліп соғады.

Сипатталған сұлба тұрақты ток қозғалтқыштарының қоздыру тогын реттеу үшін және соған орай оның айналу жылдамдығын нақты жылдамдығынан жоғары қарай реттеу үшін арналған.

2.37 - суретте нолдік диоды бар бір фазалы бір жарты периодты реферсті емес басқарылатын түзеткіштің ықшамдылған принциптік электрлік сұлбасы келтірілген. Сұлба күштік трасформаторды Т, тиристорды VS, импульсті – фазалы басқару жүйесін ИФБЖ, нолдік диодты VD және қоздыру орамасын LM құрайды. Трансформатордың Т қоздыру орамасындағы LM кернеудің максимал мәнін анықтайтын екінші реттік орамасындағы айнымалы кернеудің талап етілген әсер ету мәнін алу үшін, сонымен бірге желі мен сұлбаның қалған бөлігі арасындағы гальваникалық байланыс үшін қызмет етеді.

Тиристор VS қоздыру орамасындағы LM түзетілген кернеудің орташа мәнін түзету және реттеу үшін қызмет етеді. ИФБЖ тиристордың VS жұмысын басқарады. Нолдік диод VD қоздыру орамасындағы кернеудің кері мәндерін болдырмау үшін және осыған орай, түзетілген кернеу мен токтың орташа мәнін көбейту үшін арналған.

Трансформатордың бірінші реттік орамасына синусоидты заң бойынша өзгеретін желінің айнымалы кернеуі беріледі. Трансформатордың екінші реттік орамасынан U₂ кернеуі алынады

u₂=k_трu₁, (2.40)

мұнда k_тр=₂/₁ = u₂ /u₁ – трансформатордың беріліс коэффициенті;

₁ және ₂ – бірінші және екінші реттік кернеу орамасындағы орам саны;

u₂ кернеуі u₁ кернеуі секілді синусты заң бойынша өзгереді

u₂= U_m sin , (2.41)

мұнда u₂ - екінші реттік орамасындағы кернеудің бір сәттік мәні;

U_m= - екінші реттік орамасындағы кернеудің амплитудалық (максимал) мәні;

(U₂ – сол орамадағы кернеудің әсер ету мәні);

=t [рад] (=2f; f - қорек желісінің жиілігі, t – уақыт).

Тиристор VS кілт режимінде жұмыс істейді. Ол ИФБЖ пішіндеген басқарушы импульсін u_б беру кезеңінде анодтағы оң кернеу кезінде (катодқа қатысты оң) ашылады. Басқарушы импульс тікбұрышты пішінде болады және ИФБЖ – ның кіріс сигналы U_кір анықтайтын кернеудің u₂ оң жарты толқыны бастамасынан реттеу бұрышына α жылжыған. Басқарушы импульстің амплитудасы және ұзақтығы тиристорды сенімді ашу шарттарынан таңдалады.

Ары қарай, сұлбаның жұмысын қарапайым сипаттау үшін, тиристор мен диодтың анодындағы оң кернеу төмендеуін, тиристордың ажырату тогын және жабық тиристор анодының тогын нолге тең деп есептейміз, өйткені көрсетілген шамалар өте аз мәндерді құрайды.

Тұрақтанған режимдегі сұлбаның жұмысы бөлек уақыт аралықтарында 2.38 - суретте келтірілген уақыт диаграммаларымен түсіндіріледі. Бұл суретте келесі кернеулердің бірсәттік мәндерінің бұрышқа  тәуелділігі келтірілген: u₂() - трансформатордың екінші реттік орамасындағы; u_б() - тиристордың басқарушы электродындағы; u_LM() - қоздыру орамасындағы; u_VS() -тиристордың анодындағы (катодқа қатысты) және u_VD() - диодтың анодындағы (катодқа қатысты) кернеулер. Сол жерде келесі токтардың бірсәттік мәндерінің тәуелділігі келтірілген: i_VS() - тиристор тогы; i_VD() -диодтың тогы және i_LM() - қоздыру орамасының тогы.

Берілген сұлбада жүктеме (қоздыру орамасы) активті – индуктивті сипат алады (RL – жүктемесі). Индуктивтілік L энергия аккумуляторы болады. Индуктивтілікке оң импульс берген кезде онда энергия қоры пайда болады, ал ол арқылы ағатын ток өсе бастайды. Импульс біткен кезде индуктивтілікте жиналған энергия беріле бастайды, ал ток өзінің бағытын өзгертпеген күйде азая бастайды. Соңында, бұл токтың соғуын төмендетеді.

Сұлбаның жұмысы бөлек уақыт аралықтарында сипатталады.

0 уақыт аралығы. Бастапқы күйде (=0) тиристор жабық. 0 уақыт аралығында тиристор жабық күйде қалады, тиристор анодының тогы i_VS() нолге тең, ал қоздыру орамасы трасформатордың екінші реттік орамасынан ажыратылып қалады. Бірақ, қоздыру орамасы арқылы ағатын ток нолге тең емес. Алдындағы уақыт аралығында (<0) қоздыру орамасында LM жиналған индуктивтіліктегі энергия есебінен қоздыру орамасының тогы i_LM() сұлбада көрсетілген бағытта диод VD арқылы ағады. Токқа байланысты диод ашық күйде тұрады. Осы кезде қоздыру орамасындағы LM кернеуі u_LM() диодтағы VD нолге тең кернеудің оң төмендеуіне u_VD() тең, ал қоздыру орамасының тогы i_LM() уақыт бойынша экспонентті тәуелділікпен төмендейді. Жабық VS тиристордағы кернеу трансформатордың екінші реттік кернеуіне тең болады: u_VS()=u₂() - u_LM()= u₂().

 уақыт аралығы. = кезінде тиристордың басқарушы электродына ИФБЖ - дан басқарушы импульс беріледі, тиристор ашылады, ал қоздыру орамасындағы кернеу u_d нолден u₂() мәніне дейін тез өседі. Басқарушы импульсті алып тастаған соң тиристор ашық күйде тұрады, өйткені анод тогы ажырату тогынан үлкен болып қалады. Кернеудің u₂ әсерімен диод VD жабылады және ол сұлбаның жұмысына әсер етпейді.

 уақыт аралығында тиристор ашық күйде болады, трансформатордың екінші реттік орамасындағы кернеу u₂() қоздыру орамасындағы кернеуге u_LM() тең, диодқа VD кері кернеу қосылған және ол жабық (диод тогы i_VD() нолге тең), қоздыру орамасының LM тогы i_LM() уақыт бойына өседі және трансформатордың екінші реттік орамасы – VS тиристоры – трансформатордың екінші реттік орамасы бойымен ағады. Бұл уақыт аралығында қоздыру орамасындағы индуктивтілікте энергия жиналады.  кезінде қоздыру орамасы LM мен диодқа VD қосылған кернеу u₂ өз таңбасын кері өзгертеді және теріс болып шығады. Нәтижесінде диод VD ашылады, ал тиристор VS анодына теріс кернеу қосылады және ол тиристор жабылады.

2.38 - сурет. 2.37 сұлбаға арналған уақыттық диаграммалар

уақыт аралығы. Берілген уақыт аралығында тиристор VS жабық, ал диод VD ашық күйде ұсталып тұрады. Қоздыру орамасындағы LM кернеу u_d() диодтағы оң кернеу төмендеуіне U_VD тең, яғни нолге тең. Тиристор анодындағы кернеу U_VS ( ) трансформатордың Т екінші реттік орамасының кернеуіне u₂() тең. Жабық тиристор VS арқылы ағатын ток i_VS ( ) нолге тең, уақыт аралығында қоздыру орамасының LM индуктивтілігінде жиналған энергияның әсерімен i_LM ( ) тогы диод арқылы ағады және экспоненттік тәуелділік бойынша азаяды. Келесі , және тағы басқа уақыт аралықтарында басқарылатын түзеткіштің жұмысы уақыты аралығындағы жұмыс сипатымен, ал , және сол сияқты уақыт аралықтарындағы жұмысы уақыт аралығындағы жұмысымен сәйкес келеді.

2.38-суретте көрсетіп тұрғандай, қоздыру орамасындағы LM кернеу u_d() бір полюсті тікбұрышты болатын импульстер түрінде болады, олардың жиілігі қоректендіру желісінің жиілігіне тең. Тиристор VS ашық кездегі кернеудің u_d() мәні трансформатордың екінші реттік орамасының кернеуіне u₂() тең және тиристор жабық кезде нолге тең. Қоздыру орамасындағы LM бір периодтағы ( ) кернеудің орташа мәні Ud (кернеудің тұрақты құраушысы) қоздыру орамасындағы кернеу қисығының ауданына пропорционал және ол реттеу бұрышына  тәуелді. Мысалы, ол =0 кезінде максимал мәніне және = кезінде нолге тең болады. Осыған орай, импульсті фазалы басқару жүйесінің кірісіндегі кернеудің U_кір өзгеруі реттеу бұрышының  өзгеруіне әкеледі және қоздыру орамасындағы LM бір периодтағы кернеудің орташа мәнінің U_ор өзгеруіне әкеліп соғады. Диаграммаларда көрсетілгендей, тиристор анодындағы кері кернеудің максимал мәні желі кернеуінің U_m амплитудалық мәніне тең.

Үш фазалы нолдік және үш фазалы көпірлік түзету сұлбаларына талдау жүргізейік. Бұл түрлендіргіштер тәуелсіз қоздырылатын ТТҚ – ларының якоріне жұмыс істеп тұрған жағдайды қарастырайық. Периодтың өткізуші бөлігінде вентильдердің ашық күйінің ұзақтығын басқару өзіндік ашылу нүктелерінен (1-ші, 2 – ші нүктелер, 2.38 – 2.39 – суреттерде) бастап есептелетін кідіру бұрышымен  сипатталады.

Түзеткіштің кернеуі мен тогының уақыт бойынша өзгеру графигі тұрақты және айнымалы құраушыларынан тұратын күрделі қисық түрінде болады. Электр машинасында қызу және коммутация процесіне жайсыз әсер ететін токтың айнымалы құраушысын азайту мақсатында, түрлендіргіштің жүктемесі болатын якорь тізбегіне белгілі бір индуктивтілігі бар тегістеуші реактор (Р) орнатады.

Вентильді түрлендіргіштен қорек алатын тұрақты ток қозғалтқышының жұмысын талдау үшін, қорек ететін айнымалы ток желісіндегі кернеудің өзгеру периодында кернеу мен токтың орташа мәні болып анықталатын түрлендіргіштің кернеуі мен тогының тұрақты құраушысын табу керек. Көрсетілген кернеу мен токтың тұрақты құраушысы түзетілген кернеу мен түзетілген ток деп аталады. Вентильді түрлендіргіштің кернеуі мен тогының орташа мәні оның шамалары және қосылу сұлбасымен анықталады.

Тәжірибеде вентильді түрлендіргіштің әртүрлі сұлбалары қолданылады. Бірақ әсер ету және тұрғызуы бойынша барлық әртүрлі сұлбалар екі топқа бөлінеді: айнымалы ток жүйесінің тек бір ғана жарты толқыны қолданылатын нолдік сұлбалар (2.39 – сурет) және айнымалы ток жүйесінің екі жарты толқыны қолданылатын көпірлік сұлбалар (2.40 – сурет). 2.39 б-д және 2.40б-д – суреттерінде екі топтардағы вентильді түрлендіргіштердің балама сұлбалары және э.қ.к – лері, токтар мен кернеулердің өзгеру диаграммалары көрсетілген.

2.39 – сурет. Нолдік нүктесі бар үш фазалы вентильді түрлендіргіштің принциптік (а) және балама (б) сұлбалары, фазалық э.қ.к – сінің (в), вентильдегі токтардың (г), түрлендіргіштің э.қ.к – сі мен кернеуінің (д) өзгеру диаграммалары

Суретте келесі белгілеулер алынған:

е_2а, е_2b, е_2c – трансформатордың әр фазасының екінші реттік орамаларындағы э.қ.к – нің бір сәттік мәндері;

i_j – j вентильіндегі токтың бір сәттік мәні;

U_d және i_d – түрлендіргіш шығысындағы кернеу мен токтың бір сәттік мәндері;

R_TР – трансформатор фазасының активті кедергісі;

X_TР – сейілу өрісі тудыратын трансформатор фазасының индуктивті кедергісі.

Өз кезегінде

,

, (2.42)

мұнда R₁, R₂ – трансформатор фазасының бірінші және екінші реттік орамаларының активті кедергілері;

X₁, X₂ – трансформатор фазасының бірінші және екінші реттік орамаларының индуктивті кедергілері;

ω₁, ω₂ – трансформатор фазасының бірінші және екінші реттік орамаларының орам саны.

2.39б – суреттегі балама сұлбада трансформатордың әр фазасы э.қ.к көзі мен R_TР және X_TР кедергілері түрінде ұсынылған, бұл барлық вентильді түрлендіргішті балама кедергілері бар э.қ.к көзі е_d етіп көрсетуге рұқсат береді (2.39д – суреттегі диаграммаларды көріңіз).

Үздіксіз токтар режиміндегі түзетілген э.қ.к – нің орташа мәні келесі формуламен анықталады

, (2.43)

мұнда E_dm – вентильдерді ашуда кідірудің болмауына сәйкес болатын түзетілген э.қ.к – нің максимал мәні.

, (2.44)

мұнда m – түрлендіргіш фазасының саны;

E_2Ф.М, E_2Ф – трансформатордың екінші реттік орамасындағы фазалық э.қ.к – нің амплитудалық әсер ету мәні.

Бір жарты периодты сұлбалардың ерекшелігі вентиьдер коммутациясы периодын , яғни бір вентильдің жұмысы біткенде және жұмысқа келесі вентиль қосылған периодын есептемеген кезде жүктеме тогы i_d жұмыс істеп тұрған вентильдің тогына тең. Жүктеме тізбегіндегі ток трансформатордың жұмыс істеп тұрған фазасындағы э.қ.к – мен, ал түрлендіргіштегі кернеу төмендеуі осы фазадағы кернеу төмендеуімен анықталады. Осы шарттар кезінде үш фазалы бір жарты периодты сұлба (т = 3) үшін

. (2.45)

Түрлендіргіштегі кернеу төмендеуі өткізуші периодта вентильдің өзіндегі (U_В), активті кедергідегі кернеу төмендеуімен (U_R), сонымен бірге, вентильдер коммутациясы процесінен туындайтын кернеу төмендеуімен (U_Х) анықталады. Вентильдегі кернеу төмендеуі өткізуші периодта токқа тәуелді емес және сынапты вентильдер үшін ол U_В=15-20 В, шала өткізгіштік вентильдер (тиристорлар) үшін U_В= 0,5-1 В.

Атап өтетін болсақ, вентильді түрлендіргіштердің топтарына тиристорлардан басқа әртүрлі сынаптық вентильдер кіреді, олар тиристорлық түрлендіргіштер әлі қолданысқа шықпай тұрған кезде қолданылған болатын. Активті кедергідегі кернеу төмендеуі токқа пропорционал

, (2.46)

мұнда I_d – түрлендіргіштің жүктеме тогының орташа мәні.

Коммутация бұрышы  түзетілген ток I_d пен  бұрышының берілген мәні кезінде анықталады

. (2.47)

Іс жүзінде  4/m, осыған байланысты кернеу төмендеуі

Вентильдердің коммутация процесі анықтайтын түрлендіргіш шығысындағы кернеу төмендеуі келесі функциямен анықталады

(2.48)

Жоғарыда айтылғандарды есепке ала отырып, бір жарты периодты түрлендіргіштегі кернеудің орташа мәні мына түрде көрсетіледі

. (2.49)

Жақша ішіндегі кедергі вентильді түрлендіргіштің балама кедергісі деп аталады.

. (2.50)

Сонда

(2.51)

Көпірлік сұлбаларда коммутация периодын есептемегенде, бір уақытта екі вентиль жұмыс істейді. Бұл кезде жүктеме тогы тізбектеле екі вентиль және фазалық э.қ.к – лер айырмасы, яғни сызықтық э.қ.к әсерімен трансформатордың екі фазасы арқылы өтеді.

2.40 – сурет. Көпірлік сұлба бойынша орындалған үш фазалы вентильді түрлендіргіштің принциптік (а) және балама (б) сұлбалары, фазалық э.қ.к – нің (в), вентильдегі токтардың (г), түрлендіргіштің э.қ.к – сі мен кернеуінің (д) өзгеру диаграммалары

2.40б – суретте сызықтық э.қ.к көздері үзік сызықпен көрсетілген. Айнымалы кернеудің толық өзгеру периодында түрлендіргіштің барлық алты вентилі жұмыс істейді (2.40г – суреті). Бұл шарттарда үш фазалы көпірлік сұлба (m=6) үшін

(2.52)

мұнда E_2С – трансформатордың екінші реттік орамасындағы сызықтық э.қ.к – нің әсер ету мәні.

U_В – көпірдің бір жағындағы вентильдегі өткізуші периодтың кернеу төмендеуі.

Жоғарыда айтылғандарды есепке алып, екі жарты периодты түрлендіргіш үшін келесі теңдеуді аламыз

(2.53)

Осыған ұқсас, келесі арақатынастарды аламыз

,

(2.54)

U_d1 және U_d2 кернеулерін бір-бірінің орнына қою, олардың толық ұқсас екенін көрсетеді. Бұл келесі қорытынды жасауға мүмкіндік береді; үздіксіз токтар режимінде жұмыс істейтін кез-келген вентильді түрлендіргіш түзетілген ток тізбектерін есептеген кезде 2.41 суретте келтірілген және негізгі э.қ.к көзінен E_d=E_dmcos, балама активті кедергіден R_б.к, э.қ.к көзінен U_В=const және кедергісі өткізетін бағытта нолге, ал кері бағытта шексіздікке тең идеалды вентильден ИВ тұратын балама сұлбамен көрсетуге болады.

Балама сұлбада идеалды вентильді ИВ қосу электр тізбегінің бір бағыттағы өткізгіштігін көрсетеді. 2.42 суретте вентильді түрлендіргіштің жүктеме тізбегінен тұрақты ток қозғалтқышының якорі қорек алып тұрған жағдай үшін балама сұлбасы көрсетілген.

Кирхгофтың екінші заңына сәйкес келтірілген балама сұлба үшін келесі теңдеуді жазуға болады

. (2.55)

Бұдан электр жетегінің электр механикалық теңдеуін аламыз

(2.56)

2.41 – сурет. Вентильді түрлендіргіштердің түзетілген ток тізбегінің балама сұлбасы

Ал механикалық теңдеуі

, (2.57)

мұнда R_Я=R_Б.К.+R_P+R_Я;

R_P – тегістеуші реактор орамасының кедергісі.

E_dm, R_Б.К., U_В мәндері жоғарыда келтірілген формулалар бойынша түрлендіргіштің сұлбасымен анықталады. Алынған теңдеулер бойынша түрлендіргіштің үздіксіз токтар режимінде жұмыс істеу кезінде БВТ - Қ жүйесіндегі электр жетегінің электр механикалық және механикалық сипаттамалары түзу сызық болады, олардың еңістігі R_Я кедергісінің мәнімен анықталады. Атап өту керек, вентильдік түрлендіргіші бар электр жетегі механикалық сипаттамаларының қатаңдық модулі қозғалтқыштың сол қуаты кезінде де Г - Қ жүйесі механикалық сипаттамаларының қатаңдық модулінен кем. Бұл ең алдымен, түрлендіргіштің үлкен кедергісімен, коммутация процесіндегі R_Б.КОММ = Х_TР m/2 кернеу төмендеуімен түсіндіріледі, қысқа тұйықталу токтарын шектеу мақсатында жоғарыланған қысқа тұйықталу кернеуі бар U_Қ  810% трансформатор таңдалынып алынады. Бұл кезде

Х_TР U_1н U_Қ / k_ТР² I_1H 100 =E_2Ф u_Қ / I_2H100 = (0,08  0,010)E_2Ф/I_2H .

Кейбір жағдайларда, түрлендіргіш айнымалы ток желісінен трансформаторсыз қоректенгенде, мысалы нақты кернеуі 440 В болатын қозғалтқыштар үшін U_ж = 380 В болатын желіден және көпірлік үшфазалы түзеткіштен қоректенген кезде, айнымалы ток тізбегіне түрлендіргішпен тізбектеле токты шектейтін x_P және R_Р кедергілері бар мәні трансформатор кедергісі мәніне жақын реактор қосылады.

Қарастырылған электр жетегі жүйесінде жылдамдықты реттеу вентилді ашудың кідіру бұрышын  өзгерту жолымен, яғни түрлендіргіштің э.қ.к – сін Е_d орындалады. Кідіру бұрышы  нолден /2 мәніне дейін өзгерген кезде, Е_d мәні E_dm мәнінен нолге дейін өзгереді. Анық көрініп тұрғандай, электр жетегінің механикалық және электр механикалық сипаттамалары бұл жағдайда бір-біріне қатар орналасқан түзулер топтамасын құрайды. Бұл түзулер ордината осімен қиылысады, қиылысу мәндері бос жүріс жылдамдығына сәйкес

(2.58)

Бірақ, шын мәнінде реттеу бұрышының  берілген мәні кезіндегі электр жетегінің идеалды бос жүріс жылдамдығы ₀’ (2.58) формуласына сәйкес алынған мәнінен айырмасы болады. Бұл 2.41 - суретте көрсетілген түрлендіргіштің балама сұлбасы мен қозғалтқыштың электр механикалық және механикалық сипаттамаларының теңдеулері түрлендіргіштің үздіксіз токтар режимінде жұмыс істеуімен түсіндіріледі. Жүктеме тогы аз мәніне дейін түскен кезде, яғни I_d0 режимінде үзікті токтар режимі басталады, 2.42а суретте көрсетілгендей, вентильдегі ток ағымының бұрыштық ұзақтық  мәні 2 / т мәнінен аз болып қалады. Бұл жағдайда жүктеме тогының қисығы нолдік токтар уақыт аралықтарынан тұрады. Бұл режим үшін жоғарыда алынған ара қатынастар жарамсыз болады.

Үздіксіз токтар режимінен үзікті токтар режиміне өтуге аталған екі режим арасындағы шегі бастапқы - үздіксіз ток режиміне сәйкес. Бұл режимде вентильдерді жабу коммутация процесінде жоқ, бірақ 2.42б суретте көрсетілгендей, нолдік токтар уақыт аралықтары жоқ. Шектік токтың мәні реттеу бұрышы мен сұлбаның шамаларына тәуелді. Ол келесі формула бойынша анықталады

, (2.59)

мұнда f_ж – айнымалы ток желісі кернеуінің жиілігі;

L_d = L_P+L_Я – түрлендіргіштің жүктеме тізбегінің индуктивтілігі, тегістеуші реактор L_Р мен қозғалтқыштың якорь тізбегі L_Я индуктивтіліктерімен анықталады.

Бұдан бұрын келтірілген теңдеулер I_Я  I_dшек кезінде дұрыс болатын. Механикалық және электр механикалық сипаттамалардың шектік нүктелері эллипстің доғасында жатады. Олар ордината осі бойына U_B/kФ_Н мәніне жылжыған. Түрлендіргіштің үзікті токтар режиміндегі жұмысы кезінде электр жетегінің механикалық және электр механикалық сипаттамаларын талдау түрінде келтіру мүмкін емес.

Бұл жағдайда токтың өтуінің бұрыштық ұзақтығын <2/m деп алып, келесі формула бойынша анықтайды

(2.60)

Соңғы теңдеуден анықталғандай,  = 2/т кезінде I_Я  I_dшек және 0 кезінде I_d0. = 0 кезінде қозғалтқыштың э.қ.к – сі, яғни оның жылдамдық мәндері түрлендіргіштің берілген реттеу бұрышы  үшін үлкен мәнге тең. Бұл арақатынастан (2.60) = 0 кезінде

(2.61)

2.42 – сурет. Үзікті (а) және бастапқы - үздіксіз (б) ток режимінде жұмыс істеп тұрған вентильді түрлендіргіштің э.қ.к – сі мен токтарының диаграммалары.

Бұл жағдайда  бұрышы нолден /m мәніне дейін өзгеруі E_M мәнінің өзгеруіне әкеліп соқпайды. E_M мәні түрлендіргіштің қорек көзі болатын фазалық э.қ.к – нің амплитудасымен анықталады

(2.62)

Бұдан

. (2.63)

2.43 - суретте ₀() тәуелділігі көрсетілген. Мұнда ’₀() тәуелділігі ’₀ ара қатынасына сәйкес тұрғызылған.

Вентильді түрлендіргіштер үздіксіз ток режиміндегі жұмысы кезінде вентильдерді ашудың кідіру бұрышын өзгерту бос жүрістің есептік жылдамдығы ’₀ үшін теңдеулерге сәйкес оның үлкен шектерде өзгеруіне әкеледі. Жекелеп айтқанда, =₀= кезінде, яғни қозғалтқыштың динамикалық тежеу режимі орын алған кезде, жылдамдық = 0 нолге тең.  > /2 кезінде ’₀ < 0, яғни электр жетегі жүйесі рекуперативті тежеу режимінде жұмыс істейді. Бұл кезде электр машинасы өндіретін тұрақты ток энергиясы вентильді түрлендіргіш көмегімен айнымалы ток энергиясына түрленеді және қоректендіретін желіге беріледі. Бұл кезде вентильді түрлендіргіш инвертор режимінде жұмыс істейді.

2.43 - сурет БВТ-Қ жүйесіндегі идеалды бос жүріс жылдамдығының тәуелділігі.

Инвертор режимінде трансформатор орамаларындағы ток (анығында, айнымалы кернеу көзі тізбегінде) вентильдердің өткізгіштік периодының үлкен бөлігінде бұл орамалардағы э.қ.к – ге қарсы бағытталған, 2.44 -суретте көрсетілгендей, электр машинасының э.қ.к – сі Е, яғни түзетілген ток тізбегінде әрекет ететін э.қ.к – нің әсерімен ағады.

2.44 – сурет. Инвертор режимінде жұмыс істейтін вентильді түрлендіргіштің э.қ.к - сі және токтарының диаграммалары.

Электр машинасының э.қ.к – сі Е вентильді ашудың кідіру бұрышының жоғарғы өзгеру шегін анықтайды. Шынымен, егер ₁ бұрышымен сипатталатын вентильді ашудың өзіндік нүктесінен +2/m мәніне дейінгі уақыт кезінде, жұмыс істеп жатқан кезекті вентильде ток нолге дейін кемімейді және вентиль сенімді жабылмайды, келесі уақыт кезінде (t >₁ ) осы вентильдегі кернеу электр машинасының э.қ.к – сі Е мен айнымалы ток көзінің сәйкес э.қ.к – сінің арифметикалық қосындысымен анықталады. Бұл кезде «инвертордың істен шығуы», яғни вентильдер тізбегіндегі токтар мәні жұмыс режиміндегі токтар мәнінен бірнеше рет асып түседі, өйткені жұмыс режимінде вентильдегі кернеу көрсетілген э.қ.к – лердің арифметикалық айырмасымен анықталады. Токтардың секіруі вентильді түрлендіргіштің және бірінші кезекте вентильдің өзінің істен шығуына әкеліп соғады, осыған байланысты инвертордың істен шығуы апаттық режим болып саналады. Осындай режимнің пайда болу мүмкіндігін алып тастау мақсатында, ең алдымен вентильді ашудың кідіру бұрышын шектеу қажет.

Токтың ағу ұзақтығы  = 2 /m+ кезінде оның мәні t< ₁ кезінде нолге дейін төмендеуі үшін, келесі шарт қажет

_МАКС ₁-  =  -  . (2.64)

Келтірілген арақатынас сенімді инверттеуді қамтамасыз ету үшін жеткілікті болмайды, өйткені вентильдегі ток біткеннен кейін бұрышымен сипатталатын оның жабу қасиетін қалпына келтіру үшін уақыт қажет. Сондықтан:

_МАКС  - (+) . (2.65)

Желінің жиілігі 50 Гц кезінде ионды вентильдердің жабу қасиетін қалпына келтіру бұрышы орта есеппен 12⁰ - ты құрайды. Тиристорлар үшін жабу қасиетін қалпына келтіру уақыты 150 мкс - тен аспайды, яғни 3⁰ - қа сәйкес. Инвертор режимінде жиі жұмыс істейтін түрлендіргішті талдау кезінде вентильді ашудың озу бұрышы  түсінігін қолданады

. (2.66)

Жоғарыда қаралған реттеу бұрышын шектеу ашудың озу бұрышына қатысы бойынша мына түрде жазылады

_мин   + . (2.67)

Вентильді түрлендіргіштің басқару бұрышын шектеу генератор режимінде жұмыс істейтін электр машинасының шекті э.қ.к - сін және идеалды бос жүріс режиміндегі оның бұрыштық жылдамдығын шектеуге әкеліп соғады. Үздіксіз токтар үшін түзетілген э.қ.к арақатынастарына сәйкес

Е_макс= (kФ_н)_{0 г.макс}= Е_{d и. макс}= Е_{d м} cos _макс, (2.68)

мұнда Е_{d и. макс} - инвертор режиміндегі вентильді түрлендіргіш э.қ.к -сінің ең үлкен рұқсат етілген мәні.

Жоғарыда көрсетілгендей, коммутация бұрышы  токқа тәуелді және ол көбейген сайын ток өсе бастайды. _макс арақатынасы үшін

cos (_макс) = -cos  (2.69)

ал бұрышын анықтайтын ара қатынастан келесі формуланы аламыз

,

Е_{d и.макс}= Е_{d м}· cos_макс= - Е_{d м}· cos +(m·x_TP· I_d)/π . (2.70)

Осыдан сенімді инверттеу процесіне сәйкес келетін жетектің жылдамдығының ең үлкен мәні:

. (2.71)

Вентильді электр жетегі жүйелерін есептеу кезінде коммутация бұрышын _макс= 1518° деп алады, бұл якорь тогы мен трансформатордың шынайы шамаларының шектік рұқсат етілген мәндеріне сәйкес. Онда жоғарыда көрсетілген - ның максималды мәндері ионды вентильдерді бар түрлендіргіштер үшін _макс1 150° немесе _мин1 30⁰, яғни Е_d.макс1 0,866Е_dМ, тиристорлы түрлендіргіштер үшін _макс2 160⁰ ( _мин2 20⁰ ), яғни Е_d.макс2 (0,94-0,92)Е_dМ. Жоғарыда келтірілген талдаулардан шыққандай, тәуелсіз қоздырылатын тұрақты ток қозғалтқыштары вентильді түрлендіргіштен қорек алатын электр жетегі жүйесінде қозғалтқыш тек қана қозғалтқыш режимінде ғана емес, сонымен бірге кері қосу, рекуперативті және динамикалық тежеу ( = ₀ = /2 мәніне сәйкес сипаттама) режимдерінде жұмыс істей алады.

Вентильді түрлендіргіштің бір жақты өткізгіштігі бұл жүйелерде кері айналдыруын іске асыруды қиындатады. Іс жүзінде иін күшінің бағытын өзгертудің үш тәсілі қолданылады:

а) якорь тогының бағытын өзгертпей қозғалтқыштың ағынын өзгерту (2.45а суреті);

б) якорь қысқыштарындағы полюстерді ауыстырып қосқыштардың көмегімен өзгерту (2.45б - суреті);

в) вентильді түрлендіргіштің екі тобының көмегімен якорь қысқыштарындағы полюстерді өзгерту (2.45в - суреті).

а)

б)

в)

2.45 - сурет. Басқарылатын вентильді түрлендіргіштен қорек алатын электр қозғалтқышын кері айналдыру принципі.

Бірінші екі тәсілді жүзеге асыру кезінде қозғалтқыш бір топты вентильді түрлендіргіштен қорек алады. Бірақ, бұл жағдайда бір айналу бағыты кезінде қозғалтқыштық режимнен тежеу режиміне өту қиындайды. Бірінші сұлба ең арзан, әрі қарапайым болып келеді. Оның кемшілігі қозғалтқыштың қоздыру орамасының үлкен уақыт тұрақтысы анықтайтын кері айналдырудың біршама ұзақтығы 0,5-0,25 с болады. Якорь тізбегінде ажыратып-қосқыштары бар сұлбамен кері айналдыру процессін тез орындауға мүмкін болады. Бірақ бұл жағдайда да кері айналдыру уақыты 0,1с - тан үлкен. Бұл түрлендіргіштің басқару бұрышын көбейтумен басталатын жетекті басқару жүйесіндегі кері айналдыру процесінде белгілі бір реттілікті сақтау қажеттілігімен анықталады. Бұрыш көбейген кезде түрлендіргіштің э.қ.к -сі төмендейді, бірақ ол кезде кинетикалық энергияның қоры болғандықтан қозғалтқыштың бұрыштық жылдамдығы бірден өзгермейді. Бұл шарттар кезінде Е_Қ>Е_d, және вентильді түрлендіргіштің бір жақты өзткізгіштігі нәтижесінде І_d0. Якорь тізбегіндегі ток нолге жақын болған кезде ажыратып-қосқыштың бұрын жұмыс істеп тұрған түйіспелері ажыратылады, мысалы А түйіспелері. Одан кейін  > /2 кезінде ашудың кідіру бұрышын одан әрі көбейту жолымен вентильді түрлендіргіш инвертор режиміндегі жұмысқа дайындалады. Бастапқы басқару бұрышы Е_d.и Е_Қ шарты кезінде қойылады. Бұл шарт кезінде бұрын жұмыс істемей тұрған түйіспенің К тұйықталуы якорь тізбегінде токтың үлкен секіруіне әкеліп соқпайды. Бұрыштың одан әрі азаюымен қозғалтқышты тежеп және оның қарама-қарсы бағытта талап ететін жылдымдыққа дейін айналуын іске асыруға болады.

2.46 – сурет. Үш фазалы вентильді түрлендіргіштері бар реверсті электр жетегінің қиылыспалы сұлбасы: а) нольдік нүктесі бар; б) көпірлі.

Кері айналдыру кезінде жетектер үшін максималды тез әрекет ету талап етілсе, сонымен бірге, айналу бағыты бір болатын қозғалтқыштық және тежеу режимдері де қажет болса, екі вентильді топтары бар сұлбалар қолданылады, олардың әрқайсысы өз бағыттарында ток өткізеді, соған байланысты тұтас түрлендіргіште екі жақты өткізгіштік әсері пайда болады. Реверсті вентильді түрлендіргіштерді барлық көп түрлі сұлбалары екі түрге келтіру мүмкін: қиылыспалы немесе "сегіздік" сұлбалар, олар 2.46 - суретте көрсетілген, және қарсы-қатарлы немесе кері-қатарлы сұлбалар, олар 2.47 - суретте келтірілген. Қиылыспалы сұлбаларда вентильдердің әрбір топтары бір-бірінен оқшауланған трансформатордың екінші реттік орамаларының топтарынан, ал қарсы-қатарлы сұлбаларда вентильдердің екі тобы да трансформатордың екінші реттік орамаларының бір тобынан ғана қорек алады.

Реверсті емес түрлендіргіштер сияқты, реверсті түрлендіргіштің барлық сұлбаларын 2.48 - суретте көрсетілгендей, бір балама есептік сұлбаға келтіруге болады, оның элементтері 2.44 - суретте көрсетілген сұлбаның элементтерімен бірдей. Электр жетегінің қозғалтқыштық режимі кезінде реверсті вентильді түрлендіргіштің бір вентильдер тобы, мысалы 1В, түзету режимінде жұмыс істейді, ал екіншісі - 2В жабық немесе инверттеу режимі жұмысы үшін дайындалған. Соңғы жағдайда 1В тобында түрлендірілген энергияны желіге 2В тобы арқылы беруді болдырмау мақсатында E_d2 E_d1, шарты орындалуы қажет. Егер де 2В тобы түзету режимінде жұмыс істеп тұрса, онда 1В тобы жабық немесе инверттеу режимі жұмысына дайындалған. Бұл кезде, жоғарыда айтылғандарға сәйкес, E_d1 E_d2.. Ортақ жағдайда

E_{d И} E_dТ, (2.72)

мұнда E_dИ, E_dТ -инверттеу және түзету режиміндерінде жұмыс істейтін вентильді түрлендіргіштің топтарының э.қ.к,-лері.

Электр жетегінің рекуперативті тежеу режиміндегі жұмысы кезінде вентильдердің бір тобы инверттеу режимінде жұмыс істейді, ал екінші тобы жабық немесе түзету режимі жұмысына дайындалған. Бұл жағдайда да жоғарыдағыдай, E_dИE_dТ ара қатынасы сақталуы қажет. Бұл жағдайда вентильдердің екі топтарының арасындағы олардың э.қ.к - лерінің бір сәттік мәндерінің айрмасы есебінен ағатын теңестірулік токтарын шектеу мәселесі пайда болады. Бұл мақсатта, 2.46 және 2.47 - суреттегі сұлбаларда көрсетілгендей түрлендіргіш тізбегіне теңестірулік Р1 - Р4 реакторлары қосылады.

Электр жетегінің механикалық және электр механикалық сипаттамаларының түрі екі вентиль топтарының басқару бұрыштарын келістіру тәсіліне тәуелді. Сызықтық келістіру кезінде теңестірулік кернеудің орташа мәні нолге тең деп алынады. Бұл жағдайда келесі ара қатынас сақталуы қажет

Е_d1+E_d2-U_B1-U_B2=0 (2.73)

Немесе

. (2.74)

Басқарылатын вентильдер ретінде тиристорларды қолданған жағдайда U_В/E_d.M 0,сондықтан

₁ + ₂ =  . (2.75)

Осыған сәйкес реттеу және жылдамдықтық сипаттамалары 2.49 - суретте көрсетілген. Механикалық сипаттамалардың қатаңдығы бұл жағдайда бір топты түрлендіргіш үшін анықталады. Вентильді топтардың басқару бұрыштарын ₁+₂= етіп келістіген кезде, реверсті вентильді электр жетегінің сипаттамалары генератор-қозғалтқыш жүйесінің сипаттамаларына ұқсас болады. Сызықтық келістіруі бар сұлбаның кемшілігі онда теңестірулік токтарының болуы, олар вентильдер мен трансформаторларды қосымша жүктейді.

2.47 - сурет. Үш фазалы вентильді түрлендіргіштері бар реверсті электр жетегінің қарсы-қатарлы сұлбасы.

Осыған байланысты теңестірулік реакторларын қосу электр жетегі жүйесінің тез әрекет етуін төмендетеді, сонымен бірге трансформаторлар толығымен қолданылмайды, яғни бұл жағдайда (_мин   + ) және (₁ + ₂ = ) арақатынастарына сәйкес, _мин= _мин.

2.48 - сурет. Екі вентильді топтары бар реверсті вентильді электр жетегінің балама сұлбасы.

Реверсті вентильді түрлендіргіштің максималды э.қ.к – сі.

Е_{d р.макс}= Е_{d м} cos_мин .

2.49- сурет. Сызықтық келістіруімен вентильдер топтарын бірге басқару кезінде вентильді түрлендіргіштері бар реверсті электр жетегінің реттеу (а) және жылдамдықтық (б) сипаттамалары.

Теңестірулік токтарын төмендету мақсатында кейбір жағдайларда сызықтық емес немесе толық емес деп аталатын келістіру қолданылады, яғни мына кезде

₁ + ₂ =  +  . (2.76)

Бұл кезде электр механикалық және механикалық сипаттамалардың сызықтығы бұзылады (2.49,а - сурет). Бұл жағдайда қозғалтқыш режимінен тежеу режиміне көшу жылдамдықтың біраз өсуіне сәйкес келеді. Бұдан басқа, бұл жағдайда трансформаторларды қолдану біршама нашарлайды және басқару бұрыштарын өзгерту шектеледі. Сондықтан, мұндай келістіру тәсілі қарапайым түрде кең қолдануын таппайды. Іс жүзінде  мәні автоматты түрде қайсы бір шаманың функциясында өзгеретін жүйелер қолданылады. Жеке айтқанда, электр жетегінің қанағаттанарлық сипаттамалары кезінде реакторлардың индуктивтілігін төмендететін теңестірулік токтардың берілген деңгейін автоматты түрде ұстап тұру мүмкін.

Теңестірулік токтарды толық алып тастау үшін вентильді түрлендіргіштердің топтарын бөлек басқару қолданылады. Бөлек басқару кезінде басқарушы сигналдар (импульстер) тек қана сол кезде жұмыс істеуі керек топқа ғана беріледі. Жұмыс істемейтін топтың вентильдеріне импульстер берілмейді және ол жабық болады. Түрлендіргіштің жұмыс режимін өзгерту үшін арнайы ажыратып-осқыш құрылғы қолданылады, олар түрлендіргіш тогы ноль кезде алдымен жұмыс істеп тұрған топтан басқарушы импульстерді алады, содан аз ғана үзілістен кейін (5 - 10 мс) басқа топқа басқарушы импульстерді береді. Көрсетілген реттілік кезінде электр жетегінің қозғалтқыштық режимнен тежеу режиміне және кері процеске өтуге түрлендіргіштің үзікті токтар режимі сәйкес болады.

2.50 - сурет. Вентильді түрлендіргіштері бар реверсті электр жетегінің электр механикалық сипаттамалары а) вентильді топтарды бірге басқару және сызықтық емес келістіру кезінде; б) вентильді топтарды бөлек басқару және сызықтық емес келістіру кезінде.

Топтардың бөлек басқаруы бар реверсті вентильді электр жетегінің механикалық және электр механикалық сипаттамалары басқару бұрыштарын келістіру тәсіліне тәуелді. Жеке айтқанда, сызықты келістіру кезінде олар 2.50 - суретте көрсетілгендей сипат алады.

Бөлек басқару кезінде бөлек топтардың тізбектеріне реакторларды қосу қажеттілігі жоқ, трансформаторды толық қолдану мумкіндігі болады (Е_dр.макс= Е_dм), инверторлық режимде вентильді түрлендіргіштің жұмыс уақытының азаюы салдарынан инвертордың істен шығып қалу ықтималдығы төмендейді, теңестірулік токтардың болмауынан электр жетегінің п.ә.к. өседі. Бұдан басқа, вентильді түрлендіргішті түзету режимінен инверттеу режиміне ауыстыру үзіліспен ілеседі, бұл өтпелі процестің ұзақтығын көбейтеді. Бөлек басқару идеалды бос жүріс немесе оған жақын режимде жұмыс істей алатын электр жетектері үшін қолданыла алмайтынын атап өту керек, мысалы қозғалтқыштың аз жүктемесіне вентильді түрлендіргіштің үзікті токтар режимі сәйкес келетін лифттердің жетегі.

Сызықтық келістіру кезіндегі бірге басқаруда өте жақсы динамикалық көрсеткіштер мен бір таңбалы статикалық сипаттамаларды алуға болады. Бұл жағдайда бір режимнен екіншісіне қарапайым көшу қамтамасыз етіледі. Реверсті вентильді түрлендіргіштің мұндай басқару тәсілінің артықшылықтары оның кемшіліктерінен біраз асып түседі. Сондықтан бұл басқару тәсілі іс жүзінде кең қолданылады. Бұдан бұрын көрсетілгендей, вентильді түрлендіргіші бар электр жетегінің механикалық сипаттамаларының қатаңдық модулі салыстырмалы түрде өте аз. Осыған байланысты, тұрақты ток вентильді электр жетегі жүйелерінде жылдамдықты реттеу ауқымын кеңейту мақсатында Г - Қ жүйесіндегідей, атап айтқанда якорь тогы бойынша оң, немесе жылдамдық және кернеу бойынша кері байланыстар қолданылуы мүмкін. Вентильдік түрлендіргіш пен қозғалтқыш якоріндегі токты шектеу мақсатында ток бойынша кідірілген теріс кері байланыс (токты кесу) қолдануы мүмкін. Вентильді түрлендіргіш үлкен күшейту коэффициентіне ие, осыған байланысты көрсетілген кері байланыстар кейбір жағдайларда аралық күшейткіштерсіз іске асуы мүмкін.

Үлкен қуатты түрлендіргіштер үшін жақсартылған энергетикалық көрсеткіштері бар реверсті электр жетектерін қолдану іс жүзінде орындалады, мұнда жұмыс істемей тұрған вентильдер тобы реактивті энергияны желіге беру режиміне аударылады. Мұндай кезде өнеркәсіптік қондырғы мен тұтас мекеменің қуат коэффициенті cos жоғарылайды.

Түрлендіргішті тұрғызудың осы тәсілін металлургия кең қолданады. Динамикалық процестерде орташа түзетілген кернеудің U_ор бұрыштан  тәуелділігі, яғни U_ор=f() инженерлік көзқарас бойынша іс жүзінде рационалды түрге ие емес күрделі трансцендентті тәуелділікті сипаттайды.

Электр жетегін сипаттау сызықтық дифференцалдық теңдеулер және соған сәйкес беріліс функциясы деңгейінде орындалғандықтан, вентильді түрлендіргіштер де сондай-ақ қарапайым динамикалық бөлік түрінде сипатталады, атап айтқанда:

а) инерциясыз бөлік түрінде

(2.77)

б) кідіріс бар бөлік түрінде

(2.78)

в) инерциялы бөлік түрінде

(2.79)

Бұл ара қатынастардағы белгілеулер:

Е_ВТ - вентильді түрлендіргіштің э.қ.к -сі

U_КІР - вентильді түрлендіргіштің кірісіндегі (ИФБЖ) кернеу

К_ВТ - вентильді түрлендіргіштің күшейту коэффициенті

Т_ВТ - вентильді түрлендіргіштің уақыт тұрақтысы

- пульс жартысының уақыты

р - Лаплас операторы

Пульс әртүрлі сұлбаларда келесі жолмен анықталатынын атап өтейік: бір жарты периодты сұлбаларда - қоректендіретін кернеудің жарты периоды; екі жарты периодты сұлбаларда - қоректендіретін кернеудің төрттен бір бөлігі; үш фазалы бір жарты периодты сұлбаларда - қоректендіретін кернеудің үштен бір бөлігі; үш фазалы екі жарты периодты сұлбаларда - қоректендіретін кернеудің алтыдан бір бөлігі.

Көрсетілген үш бөлік, әрине шынайы процестің нақты математикалық сипатын бермейді. Көптеген авторлар инженерлік дәлдік шектерінде жүйені синтездеу есебін қысқартатын үш түрдің біреуін таңдау кажет екенін айтып, сол шешімге келеді. Мысалы, бағынышты реттеу жүйелерін жобалау кезінде вентильді түрлендіргіш барлық авторларда инерциялық бөлік түрінде ұсынылады. Рационалды тұрғызу жүйелерін жобалау кезінде вентильді түрлендіргіш инерциясыз немесе кідіріс бар бөлік түрінде ұсынады. Бірақ, вентильді түрлендіргіш кідіріс бар бөлік болып есептелетін электр жетегі жүйелерін ретке келтіру тәжірибиесі дұрыс нәтиже бермейді және қазіргі уақытта іс жүзінде қолданылмайды. Вентильді түрлендіргіштің динамикалық режимдегі көрсетілген түрлері қарапайымдылығына қарамастан, тәжірибе бойынша алынған нәтижелер берілген шамаларға тура сәйкес келеді. Бірқатар авторлар вентильді түрлендіргішті оның жұмыс режиміне байланысты (үздіксіз немесе үздікті токтар) түрі бойынша әртүлі динамикалық бөліктермен есептейді және электр жетегі жүйесін тұрғызу кезінде түрлендіргіштің жұмыс режимін анықтайтын вентильдер өткізгіштігінің бергішімен реттеуішті түйіспесіз ажыратып-қосып отырады.

Вентильді түрлендіргіші бар тұрақты токтың реттелетін электр жетегінің энергетикалық көрсеткіштерін бағалау үшін қондырғының п.ә.к - і мен қуат коэффициентінің cos жылдамдыққа тәуелділігін қарастырамыз. Басқарылатын вентильді түрлендіргіш - қозғалтқыш (БВТ - Қ) жүйесінің пайдалы әсер коэффициентін қозғалтқыштың электр магниттік қуатының Р_Қ = Е_ҚІ_Я = M түрлендіргіштің желіден тұтынатын қуатқа Р_Ж қатынасымен анықтауға болады. Үздіксіз ток режиміндегі түрлендіргіштің жұмысы кезінде

P_Ж = (E_d -U_B - R_я I_Я) I_Я . (2.80)

Түрлендіргіштің желіден тұтынатын қуаттын мына түрде жазуға болады

. (2.81)

Сонда

. (2.82)

Алынған ара қатынастың алымы қозғалтқыштың бұрыштық жылдамдығына пропорционал екенін есепке алып, жазамыз

. (2.83)

Салыстырмалы бірлікке көшкенде

, (2.84)

мұнда - жылдамдық төмендеуінің салыстырмалы мәні, вентильдегі кернеудің төмендеуімен U_B анықталады.

R’_Я= R_Я +R_TР + R_P.

Алынған ара қатынастарды талдау көрсеткендей, БВТ - Қ жүйесінің п.ә.к мәні қозғалтқыш білігіндегі жүктемеге және реттеу кезінде жылдамдыққа тәуелді. Біліктегі иін күш тұрақты болған жағдайда жылдамдық төмендеген сайын п.ә.к мәнінің де төмендеуі орын алады. Қондырғының п.ә.к мәніне басқарылатын вентильдердегі қуат шығыны P_B=U_BІ_Я әсер етуі мүмкін екенін атап өту қажет. Тиристорлы түрлендіргіштерді қолданған жағдайда вентильдегі салыстырмалы кернеу төмендеуі бір пайыздың үлесін ғана құрайды. 2.51 суретте БВТ - Қ жүйесі п.ә.к. қозғалтқыш білігіндегі нақты жүктеме кезінде жылдамдыққа тәуелділігі, түрлендіргіш тиристорлар негізінде (_Т) және ионды вентильдер негізінде (_И.В) орындалған жағдайлар үшін келтірілген.

2.51 - сурет М_С=М_Н кезіндегі БВТ - Қ жүйесі п.ә.к – інің жылдамдыққа тәуелділігі

2.52 - сурет БВТ - Қ жүйесінің қуат коэффициенті және cos  _а.қ тәуелділігі

Сол суретте салыстыру үшін _Э.Г-Қ тәуелділігі Г - Қ жүйесі үшін көрсетілген. 2.51 - суреттегі қисықтарды салыстыру БВТ - Қ жүйесі бойынша орындалған электр жетегінің п.ә.к – і Г - Қ жүйесінің п.ә.к – інен жоғары екенін көрсетеді.

БВТ - Қ жүйесінің қуат коэффициенті  екі фактормен - вентильді түрлендіргіштің желіден тұтынатын токтың бірінші гармоникалық құраушысының желі кернеуіне қатысты жылжу бұрышымен ₁ және сол токтың айну коэффициентімен  анықталады.

   cos ₁, (2.85)

cos ₁  cos (+/2),

,

мұнда І – түрлендіргіштің желіден тұтынатын тогының әсер ету мәні;

І₁ – сол токтың І бірінші гармоникалық құраушысының әсер ету мәні.

БВТ - Қ жүйесі бойынша орындалған электр жетегінің қуат коэффициенті реттеу кезінде жылдамдыққа және біліктегі жүктемеге тәуелді. Жылдамдықтың төмендеуі және соған сәйкес реттеу бұрышының , сонымен бірге коммутация бұрышының  өсуіне байланысты жүктеме тогының өсуі қондырғының қуат коэффициентінің төмендеуіне әкеледі.

2.52 суретте БВТ - Қ жүйесінің қозғалтқыш білігіндегі нақты жүктеме кезінде жылдамдыққа тәуелділігі көрсетілген. Сол суретте үзік сызықпен Г - Қ жүйесіндегі қуат коэффициентінің (cos _а.қ.) жылдамдыққа тәуелділігі келтірілген. Көрсетілген тәуелділікті салыстыру қуат коэффициенті бойынша БВТ - Қ электр жетегі жүйесі Г - Қ жүйесіне орын береді. Қуат коэффициенті  мәнін көтеру мақсатында вентильдердің жасанды коммутациясының тәсілдері және cos ₁,  мәндерін көтеретін жоғары гармоникалық құраушысының арнайы сүзгілерін қолданады.

Өнеркәсіпте сандық бағдарламалық басқаруы бар металл кесетін станоктардың тасымалдау механизмдері және өндірістік роботтар да кіретін әртүрлі өндірістік механизмдердің кең реттеліп, тез әрекет ететін жетектер ретінде қолдану үшін ЭПУ 1М, ЭПУ 1И, ЭП, ЭПБ 2, ЭПБ 3, ЭПБ 3-Б, ЭПА 1, ЭТА 1, ЭПУ 3, ЭПБ 4, МЕЗОМАТИК, КЕМТОК, КЕМТОР, КЕМЕК, КЕМРОН және тағы басқа электр жетегінің түрлері табылады.