Література

Основна

1. Полупроводниковые выпрямители/ Беркович Е.И., Ковалев В.Н., Ковалев Ф.И., Кочетков В.Д., Крылов С.С., Курносов Б.Д., Мосткова Г.П., Кырков В.В., Толкачов А.И. под ред. Ф.И. Ковалева и Мостковой Г.П. – 2 изд., переработанное.- М.: Энергия, 1978 – 70-80 с, 90-99c.

Рекомендована

1. Руденко В.С. Основы преобразовательной техники. Учебник для вузов / Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. – М,: Высшая школа, 1980.- 17-31с, 53-67c.

2.4. Лабораторна робота №4 тиристорний регулятор змінного струму

Мета роботи: Ознайомитись з принципом роботи та властивостями тиристорного регулятора змінного струму.

Опис лабораторного обладнання

В лабораторній роботі використовується та досліджується макет регулятора, який відтворює усі властивості та особливості роботи промислових зразків перетворювачів, призначених для регулювання змінного струму та напруги.

Макет виготовлено у вигляді плати на якій зображено принципову схему пристрою та зібрана його монтажна схема. Там же розташовано і систему імпульсно-фазного керування тиристорами.

Макет контактними штирками кріпиться на набірному полі лабораторного стенду,гнізда котрого використовуються для підключення приладів та джерел живлення.

Для виконання роботи використовуються:

1. Осцилограф С1-90.

2. Амперметр Е59 з межею вимірювань 250 mA.

3. Вольтметр Е59 з межею вимірювань 15 В.

Домашнє завдання

1. Ознайомитись з принципом імпульсно-фазового вмикання та регулювання.

2. Ознайомитись з особливостями роботи тиристорів в колах змінного струму.

3. Засвоїти принцип роботи тиристорного регулятора та знати миттєві діаграми струмів та напруг в його колі.

Послідовність виконання роботи

1. Підключити до макету потрібні джерела живлення. Змінну напругу взяти з однієї з фаз блока трифазних напруг. Рівень цієї напруги не повинен перевищувати 15 В.

2. Зняти залежність діючого значення напруги та струму навантаження від кута регулювання α.

3. Зняти осцилограми напруги на навантаженні для кутів α, вказаних викладачем.

Зміст звіту

1. Накреслити силову схему регулятора.

2. Побудувати в одній системі координат дослідні та розрахункові залежності та .Порівняти одержані криві.

3. В єдиній системі координат накреслити осцилограми напруг на навантаженні та тиристорах,одержані в п.3.

4. Зробити висновки за результатами роботи.

Контрольні запитання

1. Пояснити принцип дії та роботу регулятора.

2. Чому досліджувана схема носить назву фазорегулятора?

3. Назвіть області застосування тиристорного регулятора змінного струму.

Короткі теоретичні відомості

Принципова схема регулятора зображена на рис.2.28. Миттєві діаграми його струмів та напруг для різних за типом навантажень зображені на рис.2.29. Пристрій складається з двох зустрічно-паралельно ввімкнутих тиристорів та системи імпульсно-фазового керування. Зображена схема застосовується для регулювання потужності в колах змінного струму,а також як безконтактний вимикач. Наприклад, для плавного перемикання відпайок потужних трансформаторів, для регулювання температури електроплавильних печей, для регулювання швидкості обертання асинхронних двигунів з фазним ротором, як регулюючий пристрій компенсаторів реактивної потужності та таке інше.

Рисунок 2.28. - Принципова схема тиристорного регулятора змінного

струму.

Рисунок 2.29.- Часові діаграми роботи перетворювача у випадку

резистивного навантаження.

Принцип роботи тиристорного регулятора досить простий і полягає в почерговому вмиканні тиристорів у відповідності зі зміною полярності напівперіодів напруги мережі живлення (див.рис.2.29).

Рисунок 2.30.

Наприклад, тиристор VT1 вмикається на інтервалі додатного напівперіоду, тобто кут вмикання α повинен змінюватися в межах 0 , а для тиристора VT2 – в межах , тобто на інтервалі від’ємного півперіоду. Як наслідок, в навантаженні протікає змінний струм, діюче значення котрого залежить від кута α . В разі активного навантаження (ключ К на рис.2.28 замкнено) форма струму та напруги співпадають, як це зображено на рис.2.29, в,г.

Встановимо, для розглянутого випадку навантаження, зв’язок між його діючим струмом та кутом α. Скориставшись відомим виразом [18] та виходячи з форми струму, запишемо:

(2.27)

де: – діюче значення струму при α=0.

Рисунок 2.31. - Робота регулятора на активно-індуктивне навантаження.

Крива залежності , побудованої за виразом (2.27) зображена на рис.2.30.

В першоджерелах досліджуваний пристрій інколи називають тиристорним фазорегулятором. Це пов’язано з тим, що регулювання здійснюється шляхом зміни фази вмикаючих імпульсів, а також завдяки тому, що пристрій дозволяє регулювати фазу першої гармоніки струму навантаження ,як це зображено на діаграмі рис.2.29, г.

У більшості випадків тиристорний регулятор працює на активно-індуктивне навантаження яким може бути статорна або роторна обмотки асинхронного двигуна, обмотка трансформатора або котушки індуктивності компенсатора реактивної потужності. Для таких навантажень характерне значне перевищення реактивної складової опору над резистивною складовою. Ця умова створює певні особливості роботи регулятора на вказаний тип навантаження які потребують більш детального розгляду.

Відомо, що змінний струм в котушці індуктивності відстає від напруги на кут , який визначається з виразу:

На інтервалі від нуля до φ , як це видно на рис.2.31, а, струм по відношенню до напруги має протилежний знак і тиристори регулятора на таких інтервалах струм не пропускають. Це означає, що на вказаних інтервалах регулювання струму та напруги стає неможливим. Іншими словами, зміна кута α у вказаних межах не забезпечує роботу регулятора. Регулювання стає можливим тільки за умов α > φ. Враховуючи нестабільність кута φ ,який може змінюватись в залежності від режиму роботи навантаження, виникає друга особливість роботи регулятора. Вона полягає у необхідності подавати на керуючі електроди тиристорів тривалі (“широкі”) вмикаючі імпульси, як це зображено на рис.2.31б. За такої умови, якщо α < φ в навантаженні буде протікати гармонічний струм, величина якого обумовлена лише повним опором навантаження та рівнем прикладеної до нього напруги.

Регулювання струму та напруги стає можливим лише за умови α > φ . В цьому випадку в системі – «перетворювач – навантаження» виникає квазіусталений перехідний процес підключення ланцюжка до джерела синусоїдної напруги. Як відомо [9] перехідний струм в цьому випадку визначається з рівняння.

(2.28)

Враховуючи, що в силовій електроніці прийнята єдина змінна ωt = , у другому доданку рівняння (2.28) перейдемо до цієї змінної. Для цього домножимо степінь експоненти на . В результаті отримаємо:

(2.29)

Форма струму залежить від співвідношення . У випрямляючих агрегатах за умови змінна складова струму навантаження буде практично відсутньою. У випадку регулятора змінного струму за тієї ж умови струм навантаження буде наближатися до синусоїди. Пояснюється це тим, що на інтервалі відкритого стану тиристора експоненційна (вільна) складова струму залишається майже незмінною.

Форма напруги на навантаженні є частиною синусоїди напруги мережі живлення, яка співпадає в часі з імпульсом анодного струму кожного з тиристорів, як це зображено на рис. 2.31, г.

Якщо , то ділянка регулювання звужується до інтервалу:

π

Струм навантаження при кутах α близьких до стає безперервним, тобто позитивний та від’ємний імпульси струму перекриваються, як це зображено на рис 2.32, в. Форма напруги на навантаженні за цієї умови залишаються синусоїдною. Це найбільш сприятливий та ефективний режим роботи перетворювача. При кутах α близьких до π струм за будь-яких співвідношень, стає перервним, але його імпульси за формою залишаються близькими до синусоїди (див. рис.2.32, д). Поява нульового проміжку між імпульсами струму спотворює форму напруги навантаження.

Розрахунок діючого значення струму як функції кута α ускладнюється в зв’язку з тим, що необхідно одночасно визначати тривалість імпульсів струму та їх залежність від кута α. Розв’язування такої задачі приводить до системи трансцендентних рівнянь, рішення яких не дозволяє отримати залежність в загальному вигляді.

Рисунок 2.32. - Миттєві діаграми струмів та напруг перетворювача за умови