5.1. Процесс инвертирования тока
Инверторы выполняют по тем же схемам,
что и управляемые выпрямители. Рассмотрим
принцип инвертирования тока на примере
мостовой управляемой схемы инвертора,
являющейся базовой для ВИП электровоза
переменного тока. Индуктивность цепи
выпрямленного тока
,
в этом случае форма тока абсолютно
сглажена. Принимаем значение индуктивности
рассеяния трансформатора
,
поэтому коммутацию тока в тиристорах
инвертора считаем мгновенной.
В выпрямительном режиме (рис. 5.2, а)
ток нагрузки
протекает под действием напряжения
вторичной обмотки трансформатора
встречно противоэдс двигателя
.
Источником энергии является сеть
переменного тока, а ее потребителем –
двигатель постоянного тока. Включение
тиристоров
осуществляется в начале положительной
полуволны напряжения вторичной обмотки
трансформатора, в этом случае угол
регулирования
.
Кривая сетевого тока
совпадает по фазе с питающим напряжением
(рис. 5.2, б), что является признаком
источника энергии. Противоположные
значения выпрямленного тока
и противоэдс двигателя
указывают на потребление им электрической
энергии. В первом полупериоде 0 –
при положительной полярности напряжений
ток
в цепи выпрямителя протекает через
тиристоры
,
при смене полярности напряжения
ток
замыкается через вентили
.
На выходе выпрямителя формируются
положительные полуволны напряжения
.
Разность между пульсирующим напряжением
и постоянным напряжением
составляет напряжение индуктивности
.
Рис. 5.2. Работа преобразователя в выпрямительном режиме
В инверторном режиме
(рис. 5.3) машина постоянного тока
является генератором электрической
энергии, а сеть переменного тока – ее
потребителем. В соответствии со схемой
(рис. 5.1, б),
одновременное изменение полярности
подключения электрической машины к
цепи постоянного тока и напряжения
приемника энергии являются одним из
условий перевода схемы в инверторный
режим работы. При той же схеме ВИП и
сохранении направления протекания тока
через тиристоры инвертора эдс генератора
меняет направление на противоположное
(рис. 5.3, а).
Признаком потребления сетью переменного
тока электрической энергии является
противоположное направление токов
и напряжений
в обмотках трансформатора. Это условие
выполняется при включении тиристоров
инвертора при отрицательном напряжении
вторичной обмотки трансформатора
.
Хотя при этом анодное напряжение на
тиристорах также становится отрицательным,
но ток
в цепи инвертора протекает через открытые
тиристоры под воздействием эдс генератора
(рис. 5.3, а).
На входе инвертора напряжение
представляет собой полуволны отрицательного
напряжения (рис. 5.3, г),
т. е. полярность напряжения на входе
потребителя энергии, по сравнению с
выпрямительным режимом, изменяется на
противоположную. Таким образом, в
инверторном режиме благодаря принятому
алгоритму переключения тиристоров
инвертора сохраняется встречное
включение напряжения
и эдс генератора
.
Рис. 5.3. Работа преобразователя в инверторном режиме
Из схемы (рис. 5.2, 5.3) следует, что в выпрямительном (рис. 5.2, а) и инверторном (рис. 5.3, а) режимах работы при одной и той же полярности напряжения ток выпрямителя и инвертора замыкаются через разные пары тиристоров, т. е. фаза этих токов отличается на 180 эл. град. В выпрямительном режиме тиристоры включаются в начале положительного полупериода напряжения , поэтому для них отсчитываемый от положительной полуволны угол регулирования . В режиме инвертирования при положительной полярности напряжения находятся в непроводящем состоянии (рис. 5.3, а) и открываются, спустя полпериода, когда напряжение становится отрицательным, т.е. фаза угла управления тиристорами в инверторном режиме относительно составляет 180 эл. град (рис. 5.3, в). Иначе говоря, в инверторном режиме тиристоры ВИП находятся в проводящем состоянии при отрицательном напряжении вторичной обмотки трансформатора. При поочередном открытии тиристоров инвертора обеспечивается переменное направление протекания тока в обмотках трансформатора и преобразование постоянного тока генератора в переменный ток сети.
В ведомом сетью инверторе закрытие ранее проводившего ток тиристора осуществляется под действием обратного напряжения, поступающего к нему через смежный тиристор ВИП от вторичной обмотки трансформатора. Открытие очередного тиристора может происходить только при положительном анодном напряжении. Только в этом случае обеспечивается его открытие и к проводившему ток тиристору будет прикладываться обратное напряжение. Из этого условия следует, что фактическое значение угла рег должно быть меньше 180 эл. град на некоторый угол , необходимый для восстановления управляющих свойств ранее проводившего ток тиристора. В противном случае в начале следующего полупериода оба тиристора инвертора окажутся в проводящем состоянии, создав режим короткого замыкания вторичной обмотки трансформатора. Такой аварийный режим получил название опрокидывание инвертора. Этот режим опасен тем, что в цепи инвертора протекает ток под действием суммарных эдс генератора и напряжения . Угол , отсчитываемый влево от точек перехода напряжения через ноль, называется углом опережения открытия тиристоров. С учетом угла диаграммы токов и напряжений инвертора принимают вид (рис. 5.4, а, б, в).
Рис. 5.4. Кривые напряжений и тока инвертора с учетом угла
Таким образом, для перехода в режим инвертирования необходимо выполнить следующие условия.
1. При сохранении конфигурации ВИП подключать двигатель, работающий в генераторном режиме, к преобразователю с полярностью, обратной режиму выпрямления.
2. Обеспечить протекание тока через тиристоры преимущественно при отрицательной полярности напряжения .
3. Включение очередных тиристоров ВИП производить до окончания полупериода с углом опережения .