2. Принцип работы управляемого преобразователя.

Выпрямительный и инверторный режимы работы.

Для отпирания тиристоров в управляемом преобразователе необхо­димо подавать на их управляющие электроды отпирающий сигнал. До точки естественной коммутации (точка «к» на рис.1.3.а) к переходу анод - ка­тод тиристора приложено запирающее напряжение. Следовательно, отпи­рание тиристоров возможно лишь с некоторым запаздыванием относи­тельно точки естественной коммутации. Это запаздывание измеряется уг­лом α на рис.1.3.а. Для обозначения угла используются синонимы: угол управления, угол отпирания, угол запаздывания.

Рис.1.3 Диаграммы напряжений трехфазного нулевого преобразователя:

а)для выпрямительного режима (α<90º) при мгновенной коммутации;

б) то же для инверторного режима (α>90º).

в) и г) -то же с учётом перекрытия вентилей.

При достаточно большой индуктивности нагрузки до момента отпирания следующего тиристора будет открыт предыдущий независимо от полярности напряжения в его цепи. Поэтому напряжение управляемого преобразователя также образуется из кусочков синусоид продолжительностью λ= 2π/m., но сдвинутых относительно точки естественной коммутации на угол α в сторону запаздывания. По аналогии с уравнением (1.1) находим величину выпрямленного напряжения идеального управляемого преобразователя :

U_d = U_d0 cosα (1.3 )

Из этого выражения вытекает, что выпрямленное напряжение можно регулировать, изменяя величину угла α

Рассмотренные диаграммы рис. 1.3.а и б и уравнение (2.1) относятся к идеальному преобразователю. В реальном преобразователе индуктивность трансформатора вызывает появление перекрытия вентилей и соответствующее изменение диаграммы напряжений. С учетом сопротивлений трансформатора и перекрытия вентилей напряжение реального управляемого преобразователя определяется уравнением:

U_d = U_d0 cosα – I_Н (X_ТР m/2π +R_ТР) (1.4 )

Из рис.1.3б следует, что при достаточно больших углах α мгновенное напряжение на нагрузке на некоторых интервалах может стать отрицательным. Рассмотрим энергетические соотношения в этих случаях.

Ток на выходе преобразователя не может изменять направление в силу односторонней проводимости вентилей. Направление, в котором течет ток, мы приняли за положительное. За положительное направление напряжения обмоток трансформатора принято направление, совпадающее с током. Когда мгновенные значения тока и напряжения совпадают по направлению, (интервал а – b на рис.1.3.б) электрическая мощность из обмоток трансформатора передается в цепь выпрямленного тока. Когда напряжение в обмотке трансформатора становится отрицательным (интервал b-c на рис1.3б ), поток энергии меняется на обратный. Таким образом, в рассматриваемом случае существует двухсторонний обмен энергией между цепью переменного и постоянного тока. Если площадь под положительной частью синусоиды больше, чем под отрицательной, то среднее значение мощности положительно, а это значит, что энергия из цепи переменного тока поступает в цепь постоянного. Такой режим называется выпрямлением. В выпрямительном режиме напряжение на нагрузке положительно, и из уравнения (1.3) следует, что такой режим существует при условии 0< α<90.

При α>90º площадь под положительной частью синусоиды (рис.1.3.б) становится меньше, чем под отрицательной, напряжение на нагрузке меняет полярность, и меняет направление поток энергии.. Энергия в этом случае направлена из цепи постоянного тока в цепь переменного. Естественно, такой режим работы возможен лишь тогда, когда в цепи постоянного тока имеется источник эдс. Такой режим называется инвертированием. Диаграммы напряжений идеального преобразователя для выпрямительного и инверторного режимов приведены на рис.1.3 а,б , а аналогичные диаграммы с учётом перекрытия вентилей – на рис.1.3.в,г.

Максимальное значение угла α в режиме инвертирования определяется необходимостью обеспечить надежное запирание тиристоров. Для этого после прекращения протекания тока через тиристор требуется приложить к переходу анод – катод запирающее напряжение в течение небольшого интервала t_восст . На рис.1.3б и г после прекращения тока через тиристор фазы А к нему прикладывается запирающее напряжение величиной d -e , постепенно уменьшающееся до нуля в течение интервала δ. Поэтому α_max=180º-γ- δ_восст , где δ_восст=ω∙ t_восст.

При углах управления больших α_max восстановления запирающих свойств тиристора не происходит и возникает аварийный режим- опрокидывание инвертора. Так как угол перекрытия γ увеличивается при возрастании тока, то угол α_max будет уменьшаться, и отсюда с ростом тока должно уменьшаться максимальное напряжение на входе инвертора. Зависимость U_dmax=f(I_Н) носит название ограничительной характеристики инвертора.