Мартынов_силаI

В относительных единицах

где U – действующее значение переменного напряжения на входе ТРН.

Вид регулировочной характеристики приведен на рис. 39. Отметим, что выражение регулировочной характеристики (176)

справедливо для фазового регулирования как с отстающим, так и с опережающим углом регулирования α.

Угол регулирования, при котором действующее значение выходного напряжения равно нулю, называется по аналогии с управляемыми выпрямителями углом запирания αзап.

Из выражения (176) нетрудно установить, что для фазового регулирования как с отстающим, так и с опережающим углом регулирования угол запирания αзап = 180°.

Регулировочную характеристику для двустороннего фазового регулирования можно получить из выражения

π-α

Uíã = 1π òα (2U)2 sin2 ωtdωt.

Окончательно

141

Из выражения (177) следует, что при двустороннем фазовом регу-

лировании αзап = 90°.

Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения Uнг от тока Iнг, т. е. Uнг = f(Iнг) при постоянном напряжении питающей сети (U1 = UN = const) и постоянном угле регулирования (α = const) (рис. 40):

Rэ – эквивалентное активное сопротивление схемы, равное сопротивлению соединительных проводов: Rэ = Rс.п.

6.3. Коэффициент мощности ТРН

Коэффициент мощности ТРН χ дает оценку эффективности потребления мощности от питающей сети и представляет собой отношение активной мощности, потребляемой ТРН от питающей сети по первой (основной) гармонике, P(1), к полной мощности S, потребляе-

где kиск – коэффициент искажения формы кривой тока, потребляемого от питающей сети;

kсдв – коэффициент сдвига:

kсдв = cosϕ.

Параметр ϕ характеризует угол сдвига первой гармоники потре-

142

зового регулирования коэффициент мощности равен относительному значению напряжения

нагрузки, т. е. χ = Uнг/U, и связан с ним линейной зависимостью (рис. 41).

Для увеличения коэффициента мощности можно рекомендовать, когда это возможно, питание одной нагрузки от группы преобразователей, питающихся от одной и той же сети переменного тока. Примером такого случая может служить работа группы преобразователей переменного напряжения на нагревательные сопротивления электропечей.

Повышение коэффициента мощности объясняется тем, что токи основных и высших гармоник, создаваемых в питающей сети отдельными преобразователями, суммируются геометрически. Благодаря этому фазовый сдвиг суммарной основной гармоники по отношению к напряжению питающей сети, а также суммарные амплитуды высших гармонических получаются меньшими, чем при одном преобразователе, работающем на полную мощность.

Коэффициент мощности будет существенно улучшен, если для управления отдельных преобразователей, составляющих одну группу, применять комбинацию рассмотренных выше способов фазового регулирования.

143

6.4. Регулировочная характеристика ТРН при активно-индуктивном характере нагрузки

Наличие индуктивности в цепи нагрузки вносит отличие в характер изменения тока нагрузки и напряжения.

Действующее значение напряжения нагрузки определяется по формуле

В относительных единицах

Ток в нагрузке на интервале проводимости каждого тиристора ψ находят из анализа переходного процесса, обусловленного отпиранием тиристора. Его можно определить в виде суммы двух составляющих – принужденнойисвободной.Принужденнаясоставляющаятокаiнг.пр отстает на угол ϕ= arctg(ωLнг/Rнг) от напряжения питания питающей сети u.

Принужденная составляющая тока определяется по формуле

Свободная составляющая тока нагрузки спадает по экспоненци-

В момент времени ωt = α сумма принужденной и свободной составляющих, определяющая ток iнг, равна нулю:

144

При чисто активной нагрузке (Lнг = 0, ϕ= 0, tgϕ= 0) соотношение (189) приводится к виду

iíã = R2Usinωt,

íã

т. е. кривая тока iнг на интервале проводимости тиристоров определяется синусоидой напряжения питания (см. рис. 37, г).

После подстановки в (189) значения ωt = π + δ, соответствующего току iнг = 0 (см. рис. 38, б, в), получаем уравнение

которое может быть использовано для определения угла δ.

ψ

Рис. 42. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу преобразователя переменного напряжения при критическом значении угла управления

145

Приактивно-индуктивнойнагрузкепреобразователяпредставля­ ет интерес определение так называемого критического значения­ угла управления α = αкр, при котором интервалы проводимости­ тока δ полностью занимают интервалы α. В этом случае (рис. 42) ток iнг спадает до нуля в момент времени ωt = π + δ (т. е. момент запирания­ одного тиристора совпадает во времени с моментом отпирания другого тиристора), паузы в кривой тока iнг и напряжения Uнг отсутствуют, и длительность проводящего состояния каждого тиристора ψ становится равной 180°. Из уравнения (190) следует, что такой режим имеет место при

Действующее значение напряжения на нагрузке максимально, и относительная его величина, согласно соотношению (184), равна единице. Кривая тока iнг становится непрерывной и синусоидальной. В соответствии с выражением (190) при α = αкр имеем

Очевидно, аналогичный режим работы будет и при углах αкр > α > 0. Диапазон углов α от нуля до αкр характеризует неуправляемую­ зону преобразователя, где изменение угла α не вызывает изменения­ действующего значения напряжения на нагрузке и ее тока. Для осуществления нормальной работы схемы в этой зоне (создания непрерывного тока нагрузки) необходимо подавать на тиристоры управляющие импульсы достаточной длительности (см. рис. 42), чтобы при малых углах α < αкр они перекрывали по длительности момент перехода тока нагрузки через нуль. В противном случае отпирающий импульс для очередного тиристора закончится раньше, чем прекратится­ ток в параллельном ему тиристоре, и тиристор не сможет открыться­ – произойдет пропуск его отпирания. Исходя из наименьшего­ угла α = 0 длительность отпирающих импульсов должна быть не меньше ϕ.

Вопросы для самоконтроля

1. Приведите выражение регулировочной характеристики тиристорного регулятора переменного напряжения при чисто активной нагрузке.

146

2.Приведите выражение внешней характеристики тиристорного регулятора переменного напряжения.

3.Укажите, в чем отличия в работе тиристорного регулятора переменного напряжения при чисто активной и активно-индуктивной нагрузке.

6.5.Трехфазные регуляторы переменного тока

Схемы трехфазных регуляторов переменного напряжения с фазовым регулированием выполняют по аналогии с однофазными. Наиболее распространенные варианты схем трехфазных регуляторов приведены на рис. 43, а–г.

В схеме рис. 43, а питание осуществляется от трехфазного напряжения­ с нулевым проводом. Элементы трехфазной нагрузки с включенными­ встречно-параллельно тиристорами соединены звездой. В схеме­ на рис. 43, б три фазы трехфазной системы соединены треугольником­. Трехфазные регуляторы, выполненные по этим

Рис. 43. Схемы трехфазных регуляторов переменного напряжения: с независимой работой регуляторов в каждой фазе, соединенных звездой (а) и треугольником (б); с взаимозависимой работой отдельных регуляторов трехфазной системы при включении звездой (в)

и треугольником (г)

147

схемам, состоят из трех рассмотренных ранее однофазных схем при питании от напряжений, имеющих фазовый сдвиг 120°. Питание отдельных регуляторов в схеме рис. 43, а осуществляется фазным напряжением,­ а в схеме рис. 43, б – линейным. Работа регуляторов каждой фазы при фазовом регулировании не зависит от процессов, протекающих в двух других фазах.

Регулятор на рис. 43, в выполнен по схеме, аналогичной схеме рис. 43, а, но без нулевого провода. Схема регулятора на рис. 43, г содержит три тиристорные группы, соединенные треугольником,­ и является модификацией схемы рис. 43, в. В обеих схемах в контур тока нагрузки каждой фазы входит также сопротивление нагрузки другой фазы, а на отдельных интервалах – и сопротивления­ двух других фаз. Иными словами, работа всех трех фаз при фазовом регулировании, например с отстающим углом α (в данных схемах при отпирании тиристоров в каждой фазе со сдвигом на угол α относительно перехода фазного напряжения через нуль), взаимосвязана­. Вследствие этого форма кривой напряжения на нагрузке (uнг A, uнг B, uнг C) в этих схемах будет отличаться от кривой напряжения на нагрузке в однофазных и трехфазных (рис. 43, а, б) схемах. В схе­ мах, приведенных на рис. 43, в, г, она будет составляться под воздействием напряжений всех трех фаз, а в токах нагрузки (iнг A, iнг B, iнг C) будут отсутствовать гармонические, кратные трем (как и в любой трехфазной системе, соединенной звездой). Однако повышение коэффициента мощности при регулировании здесь не происходит по сравнению с однофазными преобразователями, поскольку повышение коэффициента kиск за счет исключения указанных гармонических компенсируется соответствующим­ снижением cosϕ (т. е. сохраняется общая для фазового регулирования­ закономерность, согласно которой χ = Uнг/U). К недостаткам­ схемы рис. 43, в по сравнению со схемой рис. 43, г следует отнести­ необходимость подачи отпирающих импульсов одновременно на два, а в отдельные моменты времени и на три тиристора, а также большую загрузку тиристоров по току.

Максимальные значения прямого и обратного напряжений на тиристорах­ в схеме рис. 43, а определяются амплитудой фазного напряжения­ Uф m, а в схемах рис. 43, б–г – амплитудой линейного­ напряжения Uл m.

Рассмотрим подробнее применение ТРН при построении управляемых выпрямителей на повышен­ные напряжения, где получил распространение фазовый метод регулирования­ преобразователей. При этом схему выпрямителя (однофазного­ или трехфазного) выполняют на неуправляемых вентилях (диодах), а управление его

148

Рис. 44. Схема однофазного мостового выпрямителя, управляемого со стороны первичных обмоток трансформатора

выходным напряжением осуществляют со стороны первичной обмотки питающего трансформатора (т. е. при более низком­ напряжении) за счет встречно-параллельного включения тиристоров (рис. 44). Поскольку диоды выпускаются­ на более высокие напряжения, чем тиристоры, такой принцип построения­ высоковольтных управляемых выпрямителей часто позволяет уменьшить­ количество вентилей, включаемых последовательно на вторичной стороне, а следовательно, и их общее количество в схеме. Главное же, благодаря чему отдается предпочтение последовательному­ соединению диодов, а не тиристоров на вторичной стороне трансформатора, заключается в том, что это позволяет исключить повышенные требования к изоляции выходных цепей низковольтной системы управления выпрямителем, так как они теперь будут подключаться к тиристорам, расположенным на первичной стороне относительно низкого напряжения,­ а не на вторичной (высоковольтной).

Рассмотренный принцип построения выпрямителей дает также определенные преимущества при больших токах нагрузки и малых

149

150