2.4.Структурная схема системы фазового управления

Способ фазового регулирования углов включения тиристоров называют способом регулирования по вертикальному принципу. Принцип вертикального управления заключается в сравнении синхронизированного напряжения пилообразной формы с управляющим напряжением. Синхронизированное напряжение формируется синхронно или синфазно с сетевым напряжением на входе выпрямителя. В результате сравнения синхронизированного и управляющего напряжений, определяется точка соответствующая значению угла управления α, и вырабатывается соответствующий импульс .

Рис.2.9 Блок-схема фазового управления вентилями фазы А выпрямителя

Канал управления по вертикальному принципу плечом фазы А трехфазного мостового выпрямителя показан на рис.2.9.

На рисунке обозначены: ГПН – генератор пилообразного напряжения, К – компаратор, ФИ – формирователь импульсов, У – усилитель импульсов.

Аналогичные каналы управления имеются и в фазах В и С.

3. Общие соотношения, характеризующие работу трехфазной мостовой схемы выпрямления

3.1. Допущения, основные понятия и определения

Трехфазная мостовая схема в большинстве случаев оказывается наиболее рациональной для мощных выпрямителей с полупроводниковыми вентилями. Трехфазная мостовая схема выпрямления изображена на рис.3.1.

Рис.3.1 Трехфазная мостовая схема выпрямления

Во всех расчетах, относящихся к этой схеме, применяются следующие допущения:

1. Вентили VD1, VD2, VD3, VD4, VD5, VD6 – идеальны: сопротивление вентиля в прямом направлении равно нулю, в обратном – бесконечности; в качестве вентилей могут быть использованы тиристоры.

2. Индуктивность сглаживающего дросселя велика, то есть выпрямленный ток абсолютно сглажен;

3. Активные сопротивления обмоток трансформатора равны нулю. Начало протекания прямого тока через вентиль называется моментом отпирания (открытия), окончание протекания прямого тока через вентиль – моментом запирания (закрытия);

3.2. Качественная картина работы выпрямителя

На рис.3.2 изображены синусоиды ЭДС фаз А В С трансформатора, обозначенные, как . До начального момента времени (t=0) пропускают ток вентили VD1 и VD2. Если пренебречь падением напряжения внутри вентиля, то можно считать, что в момент прохождения тока через вентиль его анод и катод имеют один и тот же потенциал.

Рис.3.2 Кривые выпрямленного напряжения мостового выпрямителя на тиристорах

Так, когда вентили VD1 и VD2 открыты, анод и катод вентиля VD1 имеют потенциал (относительно нейтрали трансформатора),равный ЭДС фазы А. В это же время анод и катод вентиля VD2 имеют потенциал , равный ЭДС фазы С. Так как выпрямленный ток абсолютно сглажен, то падение потенциала на реактивных сопротивлениях трансформатора отсутствуют, также и на активных сопротивлениях трансформатора и вентиля нет падения напряжения (так как эти сопротивления приняты равными нулю).Что касается остальных вентилей, то потенциалы катодов у них выше анодов и они остаются запертыми. Так, у вентиля VD3 анод имеет потенциал , равный ЭДС фазы В, а катод соединен через открытый вентиль VD1 с фазой А и, следовательно, имеет потенциал , равный ЭДС фазы А.

Из рис.3.2. видим, что левее точки W (точки пересечения синусоид фазных ЭДС и ) потенциал анода вентиля VD3 ниже потенциала его катода и, следовательно, левее этой точки вентиль VD3, если даже подан управляющий импульс, открыться не может. Однако, правее точки W потенциал анода этого вентиля становится выше потенциала катода и значит первое условие, необходимое для отпирания вентиля, оказывается выполненным.

Если подать отпирающий импульс на вентиль VD3 несколько правее точки W, в момент времени соответствующий некоторой фазе , то будет выполнено уже и второе условие и вентиль VD3 откроется.

Угол α, отсчитываемый в эл.градусах от момента пересечения в точке W фазных ЭДС до момента отпирания вентиля , называется углом управления выпрямителя. Точка W – точка естественной коммутации вентилей.

Если бы обмотки фаз А В С трансформатора не имели индуктивности, то в момент времени ток фазы А перешел бы мгновенно на фазу В, имеющую более высокий потенциал, а вентиль VD1 заперся бы, как только открылся вентиль VD3. Однако, трансформатор всегда имеет некоторую индуктивность рассеяния и поэтому ток не может мгновенно нарасти в фазе В и мгновенно упасть до нуля в фазе А(что крайне опасно).

При отпирании вентиля VD3 вентиль VD1 будет еще некоторое время проводить ток, причем в интервале, когда ток проводят вентили VD1 VD3, фазы А и В трансформатора, как видим на рис.3.1, оказываются замкнутыми. Ток в фазе А начинает падать, а в фазе В начинает расти таким образом, что сумма этих токов в любой момент времени равна выпрямленному току , который не может меняться вследствие того, что индуктивность сглаживающего дросселя бесконечно велика.

Наконец, в некоторый момент времени ток в фазе А спадает до нуля и вентиль VD2 запирается. Процесс перехода тока с одной фазы трансформатора на другую называется процессом коммутации, а угол, соответствующий времени, в течении которого этот процесс длится, называется углом коммутации .

Как видно из рис.3.1, при протекании тока через вентиль VD1 потенциал положительного полюса равен ЭДС фазы А, то есть , при протекании тока через вентиль VD3 – равен ЭДС фазы В, и так далее, так как соответствующая фаза соединяется с положительным полюсом через открытый вентиль. При одновременном протекании тока через вентили VD1 VD3 (во время коммутации) потенциал положительного полюса будет иметь некоторое среднее значение между ЭДС фазы А и ЭДС фазы В : (пунктирная линия на рис.3.2). Изменение потенциала положительного полюса относительно нулевой точки трансформатора изображено на рис.3.2 жирной линией, находящейся выше оси абсцисс.

Совершенно аналогично будет протекать процесс в нижней группе вентилей VD2 VD6 VD4, соединяющих поочередно соответствующие фазы трансформатора с отрицательным полюсом . Кривая изменения потенциала отрицательного полюса изображена на рис.3.2 жирной линией ниже оси абсцисс. Разность потенциалов положительного и отрицательного полюсов (разность ординат верхней и нижней кривых потенциалов, рис.3.2) в любой момент времени представляет мгновенное значение выпрямленного напряжения .