Библиотека / Красовский основы электропривода

VD2 и VD4 прикладывается положительная полуволна напряже­

ния и2, а к тиристорам VD1 и VD3 отрицательная. Таким образом,

на временной диаграмме моментам естественного открывания ти­

ристоров VDI и VD3 соответствуют точки О, 2n, 4n и т. д., а тири­ сторов VD2 и VD4 - точки п, Зп, т. д.

С приходом управляющих импульсов в моменты времени, соот­

ветствующие углам а, 2 n +аи т. д. открываются тиристоры VDl и

VD3, а в моменты времени, соответствующие углам 1t + а, 3 7t +аи т. д., - тиристоры VD2 и VD4. В результате тиристоры попарно от­

крьmаются как при положительной, так и при отрицательной полу­

волнах сетевого напряжения. Однако к нагрузке прикладывается напряжение ud в виде импульсов положительной полярности. На

рис. 5.17, а показаны импульсы выходного тока преобразователя id, по форме повторяющие напряжение ud. Обратим внимание на то,

что частота импульсов напряжения ud и тока id в мостовой схеме в

2 раза больше, чем в однополупериодной схеме.

Особо отметим, что и в данной схеме при работе на активную

нагрузку с момента закрытия предыдущей пары тиристоров и до

открытия последующей пары в пределах углового интервала а все тиристоры закрыты и напряжение на нагрузке равно нулю. В ре­ зультате в нагрузке, как и в однополупериодной схеме ТП, имеется

бестоковая пауза, т. е. по форме он является прерывистым. Однако

из-за большей частоты импульсов тока длительность бестоковых

пауз в мостовой схеме меньше.

Среднее за период значение выходного напряжения однофаз­

ного мостового ТП при активной нагрузке определяется аналогич­

но (5.1):

п

нагрузке при а = О для этой схемы, что в 2 раза больше, чем для рас­ смотренной ранее однофазной однополупериодной схемы. Из срав­ нения соотношений (5.3) и (5.1) видно, что зависимость отношения

Ud /Иdо от угла а для различных схем при активной нагрузке оди­

накова. Вид этой зависимости, получившей название регулировоч-

244 Глава 5. Силовые электрические преобразователи...

напряжения и2 на угол а. Соответственно, появляется такой же

сдвиг по фазе между напряжением и основной гармоникой тока

первичной обмотки трансформатора. Поэтому особенностью всех регулируемых тиристорных преобразователей является коэффици­

ент мощности, снижающийся по мере расширения диапазона регу­

лирования выходного напряжения, перекрываемого изменением угла регулирования - угла а.

ivDI , VD3

Наличие отрицательных импульсов в кривой выходного

напряжения преобразователя ведет к тому, что среднее значение выходного напряжения преобразователя Ud становится меньше,

чем при активной нагрузке и том же угле регулирования а. Урав­

нение для регулировочной характеристики в режиме непрерывно­

го тока нагрузки имеет вид

вочная характеристика преобразователя при индуктивной нагрузке

отличается от аналогичной характеристики при активной нагрузке.

Ее вид также показан на рис. 5.18 (кривая 2). Наиболее значимым

является то, среднее значение выходного напряжения в рассматри-

ваемом случае равно нулю при а = п .

2

Трехфазная мостовая схема* ТП (см. рис. 5.13, б), являющаяся

наиболее распространенной в электроприводе, содержит шесть

тиристоров - три в катодной группе (VDI , VD3 VD5) и три в

анодной группе (VD2, VD4, VD6). Она подключается к сети через трехфазный трансформатор, у которого первичные и вторичные обмотки могут быть соединены как в треугольник, так и в звезду. Нагрузка, как и в однофазной схеме, включается между общими точками анодов и катодов тиристоров. Временная диаграмма фазных напряжений вторичных обмоток трансформатора и2л, и2В,

и2с показана в верхней части рис. 5.20. На ней точки естественно­

го открывания тиристоров катодной группы помечены цифрами 1, 3, 5, 7 и т. д., а анодной группы - соответственно цифрами 2,

4, 6, 8 и т. д.

В начале рассмотрим работу преобразователя при а = О, т. е.

когда управляющие импульсы приходят на тиристоры VD 1 - VDб

в моменты их естественного открывания (см. рис. 5.20). В каждый

момент времени ток проводят два тиристора - один из катодной группы и один из анодной. В катодной группе в проводящем со­

стоянии находится тот тиристор, у которого напряжение на аноде

наиболее положительное, а в анодной - тот, у которого напряже­ ние катода наиболее отрицательное. Заметим, что поскольку мо­

менты естественного открывания тиристоров катодной и анодной

групп не совпадают, для работы мостовой схемы необходимо по­ давать на вентили управляющие импульсы длительностью больше

п/3 или сдвоенные импульсы с интервалом п/3 .

* В отечественной литературе ее часто называют схемой Ларионова.

246 Глава 5. Силовые электрические преобразователи...

rot

Рис. 5.20. Временные диаграммы работы трехфазного ТПприа = О

Это объясняется тем, что для образования замкнутой цепи нагрузки при пуске схемы и в режиме прерывистого тока необхо­ димо обеспечить одновременное открывание тиристора анодной

группы и тиристора катодной группы. Через два открытых тири­ стора нагрузка подключается на линейное напряжение, например

при работе VD1 и VD6 - на напряжение иив, затем, когда тири­

стор VD6 закрывается, а VD2 открывается, - на напряжение И2Ас и

т. д. (см. рис. 5.20). Таким образом, выходное напряжение ud имеет амплитуду линейного напряжения на вторичных обмотках транс­ форматора. При этом длительность открытого состояния каждого

тиристора равна 2п/3, а остальную часть времени он закрыт об-

248 Глава 5. Силовые электрические преобразователи...

вателе (при замене тиристоров на диоды) либо в регулируемом преобразователе на тиристорах при а= О. Поэтому, если принять единое обозначение Иdо для этого значения напряжения при раз­

ных схемах преобразователя, можно записать выражение в общем

виде для регулировочной характеристики ТП в режиме непрерыв­

ного тока:

И2 - действующее значение фазного напряжения на вторичной

обмотке трансформатора. Как видно, при одном и том же значении угла а среднее значение выходного напряжения в трехфазной схе­ ме в 2,6 раза больше, чем в однофазной схеме.

Временные диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях угла а показаны на рис. 5.21, а-г. Из их рассмотрения

с учетом выражения (5.2) можно заключить, что при а< 60° мгно­

венное значение выходного напряжения преобразователя не меня­

ет знака и не достигает нулевого значения, поэтому имеет место режим непрерывного выходного тока независимо от характера

нагрузки - активной или активно-индуктивной.

При а > 60° в кривой выходного напряжения преобразователя

появляются отрицательные участки, следовательно, при недоста­

точной индуктивности в нагрузке возможен режим прерывистого

выходного тока. С ростом угла управления а длительность отри­

цательных участков возрастает, благодаря чему при а = 90° сред­ нее значение выходного напряжения Ud равно нулю, а при а > 90°

оно может изменить знак - стать отрицательным.

Необходимо подчеркнуть, что возможность изменения знака среднего значения выходного напряжения однофазных и много­ фазных ТП при работе на индуктивную нагрузку является предпо­ сылкой для перевода их в инверторный режим работы.

В заключение обратим внимание на наиболее характерные осо­ бенности работы реальных ТП в электроприводе. Первая особен­

ность связана с влиянием электромагнитных процессов в силовом

250 Глава 5. Силовые электрические преобразователи...

поэтому переход тока нагрузки с отключаемых тиристоров на

включаемые тиристоры принимался мгновенным. Процесс комму­ тации тиристоров и его влияние на свойства ТП рассмотрим на примере однофазной мостовой схемы в режиме непрерывного тока приLя = оо.

Если принять, что на интервалах поочередной работы пар ти­

ристоров VD 1, VD3 и VD2, VD4 ток нагрузки не имеет пульсаций,

то в эквивалентной индуктивности Ls не наводится ЭДС самоин­

дукции, она не оказывает влияния на работу ТП и кривая вы­

прямленного напряжения ud совпадает с кривой и2 (рис. 5.22). Ко­

гда заканчивают работу одни тиристоры (например, VD1, VD3) и вступают в работу другие (например, VD2 VD4), в индуктивнос­

ти Ls возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая спаданию тока в первой паре тиристоров и нарастанию тока во второй паре. В результате на интервале коммутации у в проводящем состоя­

нии находятся все четыре тиристора преобразователя и вторич­ ная обмотка трансформатора оказывается замкнутой через них

накоротко, а напряжение на нагрузке равно нулю. Это приводит к

дополнительному снижению среднего значения напряжения на

нагрузке.

Вследствие перекрытия кривых фазных ЭДС процесс комму­ тации тиристоров в трехфазных схемах ТП имеет более сложный характер. Однако и в них он проявляется аналогичным образом - в снижении выходного напряжения. При необходимости для учета падения напряжения в преобразователе, вызванного коммутацией тиристоров, обычно в его выходную цепь вводят фиктивное со­ противление Ry, значение которого рассчитывают по формуле

где т - число коммутаций вентилей за период сетевого напряже­

ния; со - частота напряжения сети. Таким образом, с учетом ком­ мутационных процессов в преобразователе его выходное напря­ жение в режиме непрерывного тока определяется следующим об­

разом: