Модель ув

Управляемые выпрямители выполняют на ключевых элементах (транзисторах или тиристорах). В основном на тиристорах, в виду их сравнительно малой стоимости. Структурные схемы управляемых тиристорных выпрямителей (УВ), выполненных по схеме Ларионова, представлены на рис. 17. На рисунке обозначено: СИФУ – система импульсно-фазового управления; БС – блок согласования.

Б

Рис. 18. Фазные и линейные

напряжения на входе УВ,

а также управляющие

импульсы на тиристоры

лок согласования вычисляет по заданному значению напряжения u_z углы отпирания тиристоров выпрямителя (VS1..6) и инвертора (VS7..12). Если используется линейное согласование, то выполняется следующее соотношение:

где α_V - угол отпирания тиристоров выпрямителя; α_I - угол отпирания тиристоров инвертора.

Графики фазных и линейных напряжений, подаваемых на УВ, а также управляющие импульсы, подаваемые на тиристоры выпрямителя, показаны на рис. 18.

Рис. 17. Структурные схемы нереверсивного и реверсивного УВ

Управляющие импульсы на тиристоры можно сформировать несколькими способами: с помощью микропроцессора, с помощью цифровых электронных элементов, с помощью аналоговых электронных элементов. Рассмотрим последний способ, нашедший широкое применение в УВ, выпущенных до 1990 г. Принципиальная электрическая схема одного блока СИФУ представлена на рис. 19.

Трансформатор TV1 предназначен для снижения уровня фазного напряжения. На элементах R1 и C1 реализован фильтр нижних частот, осуществляющий сдвиг входного напряжения на 30 электрических градусов. На компараторе DA1 реализован генератор прямоугольных импульсов, который используется для генератора пилообразного напряжения (ГПН). На компараторе DA3 сравниваются заданное напряжение и напряжение ГПН. Если напряжение ГПН больше заданного, то открывается транзистор VT2, формирующий импульс на трансформаторе TV2.

Рис. 19. Принципиальная электрическая схема одного блока СИФУ

Импульсный трансформатор TV2 предает импульс на управляющий электрод тиристора, провоцируя его отпирание в случае, если напряжение между анодом и катодом тиристора больше напряжения удержания.

Недостатком линейного согласования в реверсивном УВ является наличие уравнительных токов между выпрямителем и инвертором, что приводит к необходимости увеличивать индуктивное сопротивление цепи протекания уравнительных токов (L1..4). Для уменьшения значения уравнительных токов в реверсивных УВ применяют нелинейное согласование, при котором сумма углов отпирания тиристоров выпрямителя и инвертора больше 180⁰.

Примем следующие допущения: тиристоры представляют собой идеальные ключи, время коммутации которых очень мало; СИФУ формирует импульсы такой длительности, в течение которой будет открыт тиристор; преобразователь симметричный, т.е. активные сопротивления и индуктивности фаз питающего трансформатора, входных реакторов и самих тиристоров равны.

Модель тиристорного УВ, составленного в среде графического программирования SCICOS, показана на рис. 20.

Рис. 20. Структурная схема реверсивного

тиристорного УВ в среде SCCICOS

Структурная схема блока Counter показана на рис. 21.

Рис. 21. Структурная схема блока Counter в SCICOS

Рис. 22. Графики выходного напряжения УВ при углах

отпирания тиристоров 90⁰ и 30⁰

Графики мгновенного выходного напряжения выпрямителя при среднем значении напряжения, равном 0 В и 310 В, показаны на рис. 22.

Модель УВ, работающего на активно-индуктивную нагрузку, помимо формы и значения питающего напряжения должна учитывать внутреннее сопротивление и индуктивность преобразователя. Внутреннее сопротивление преобразователя, выполненного по схеме Ларионова, рассчитывается следующим образом:

,

где R_VS - динамическое сопротивление тиристоров; R_Р - активное сопротивление входного реактора и фазы питающего трансформатора (если используется); X_ТР - индуктивное сопротивление трансформатора; m – пульсность схемы УВ (для схемы Ларионова m = 6).

Индуктивность преобразователя может быть определена по следующей формуле:

Рис. 23. Схема замещения УВ

,

где L_Р - индуктивность реактора; - индуктивность фазы трансформатора; L - индуктивность сглаживающего дросселя (если используется) в цепи нагрузки.

Индуктивность преобразователя, как правило, имеет большое значение, однако постоянная времени тиристорного преобразователя находится в пределах 0.001 .. 0.01 с. Постоянные времени канала возбуждения генераторов, используемых в системах Г-Д, превышают значение 1 с. Период переменной составляющей напряжения на выходе трехфазного мостового выпрямителя составляет 0.0033 с. Следовательно, переменная составляющая напряжения на выходе выпрямителя будет полностью подавляться индуктивностью цепи возбуждения генератора. В связи с этим, полная модель управляемого выпрямителя может быть заменена на источник ЭДС с внутренними индуктивностью и активным сопротивлением. Упрощенная схема замещения УВ показана на рис. 23.