Внешняя характеристика преобразователя

Для выпрямленного режима работы уравнение внешней характеристики имеет вид:

Внешняя характеристика неуправляемого выпрямителя (1) и управляемого выпрямителя (2) построены по выражению U_dсоответственно при α=0 и α≠0.

Для инверторного режима:

.

Внешняя характеристика инвертора, рассчитанная по

выражению U_dинвполучена без учета повышения

напряжения на вентильной обмотке преобразовательного трансформатора (3). Реализовать такую характеристику нельзя, так как будет затруднен переход преобразователя из выпрямительного режима в инверторный. Поэтому для обеспечения U_d0=U_d0инв целесообразно иметь характеристику инвертора с учетом повышения напряжения в инверторном режиме как продолжение характеристики неуправляемого выпрямителя.

Для анализа работы инвертора и определения предельного тока инвертирования I_{d инв max} требуется кроме внешней характеристики построить ограничительную характеристику (5). Последняя является зеркальным отражением относительно оси ординат внешней характеристики условного выпрямителя, которая строится по выражению:

где δ_min – минимальное значение угла восстановления, при котором обеспечивается нормальная коммутация тока тиристорами инвертора;

δ_min= δ₀+ τ

δ₀ – время выключения тиристоров при токе I_{d инв max}.

Нормальная работа инвертора обеспечивается при условии:

β≥γ_max+ δ_min,

где γ_max – угол коммутации при максимальном рабочем токе I_{d инв max}.

Если с увеличением тока инвертора, а соответственно, и угла коммутации, условие будет нарушено, то произойдет опрокидывание инвертора, то есть короткое замыкание системы «электровоз – инвертор».

Значение предельного тока инвертора, при котором еще сохраняется его устойчивая работа, определяется графически точкой пересечения внешней и ограничительной характеристик.

Внешние характеристики инвертора при неизменных значениях угла β называют естественными. Для предотвращения опрокидывания инвертора применяют компаундирование, устанавливая автоматическую зависимость угла опережения β от тока инвертирования. Такие внешние характеристики называют искусственными (могут быть возрастающими, горизонтальными или падающими).

Условия перехода из выпрямительного режима в инверторный:

- изменение полярности присоединения преобразователя к тяговой сети таким образом, чтобы вентили были включены в проводящем направлении;

- в качестве рабочей части периода переменного напряжения необходимо использовать ту, при которой напряжение фаз вентильной обмотки трансформатора встречно по отношению к напряжению тяговой машины в генераторном режиме;

- в схеме инвертирования возможно использовать лишь управляемые вентили, их свойства и система управления должны обеспечивать надежное запирание и четкое открытие, причем вентиль необходимо запереть при согласном направлении U₂ и E_d и открыть при встречном;

- в контуре тока при инверторном режиме целесообразно иметь большую индуктивность, чем в выпрямительном. Благодаря этому увеличивается продолжительность открытого состояния вентилей и существенно уменьшается ток в аварийных режимах (конструктивно – введение в схему добавочного реактора);

- с целью обеспечения плавного входа тяговых машин постоянного тока в режим торможения требуется иметь напряжение холостого хода на стороне постоянного тока одинаковыми для обоих режимов. Это заставляет при переходе из выпрямительного режима в инверторный увеличивать напряжение вентильных обмоток трансформатора (конструктивно – дополнительные витки вентильных обмоток трансформатора или включение вольтодобавочного трансформатора);

- угол опережения открытия β должен выбираться большим угла коммутации γ для предотвращения опрокидывания инвертора в конце периода коммутации после спадания прямого тока в контуре работавшей фазы до 0 тиристоры еще способны пропускать ток в течение времени выключения, требуемого для восстановления запирающих свойств вентиля;

- как правило, значение угла β выбирается в диапазоне 20-25 электрических градусов.