12. Трехфазный мостовой тп.

Схема трехфазного мостового ТП явл. шестипульсной схемой. Она находит самое широкое распространение по сравнению с др. схемами преобразователей, т.к. обладает целым рядом достоинств. Из этих достоинств можно отметить следующие:

1. Высокая частота пульсаций выпрям. напряжения(f_n=300 Гц)

2. Симметричность загрузки пит. сети;

3. Схема может быть использована как с согласующим трансформатором, так и без него;

4. Высокие энерг. показатели схемы. Ток в обмотках трансф. носит знакопеременный хар-р и имеет равные значения в полож. и отриц. полупериоды. Это исключает возм-ть подмагничивания трансф-а и обесп. Выс. значение коэф. формы тока (k_ф = 0.95);

1. Хорошее использование вентилей по напряжению

k_u = (U_обр.max)/(U_d ) = /3 = 1.05

Для изуч. особенностей работы трехфазной мост. сх. удобна ее интерпретация, как схемы, вкл. в себя две трехфазные нулевые схемы, соед. послед. и пит. от одной вторичной обмотки трансформатора.

Вначале проанализ. работу схемы, если угол управл.  будет =0, т.е. включение вентилей происх. в точках ест. ком-ии. Схема (рис 26) вкл. в себя 6 вентилей. Три вентиля, катоды которых соед. в одну точку, составляют катодную группу, три других, соединенных в одну точку своими анодами, составляют анодную группу вентилей.

(Рис 26) Вначале рассм. работу каждой из групп вентилей изолированно одна от другой. Катодная группа, включ. на нагрузку z_н, предст. собой трехфазный нулевой выпрямитель, раб.-ий, как было условлено, с 0 значением  . К нагрузке z_н поочередно прикл. напряжение фаз втор. обмотки трансф-а. При этом в z_н протекает ток I_d . Этот ток течет по участку цепи О1 - О2 и, затем, расходится по фазам втор. обмотки. В катодной группе в каждый момент времени ток проводит тот вентиль, потенциал анода которого выше потенциалов анодов других вентилей в группе. Обратим внимание на то, что в перемычке О1 - О2 ток этой группы течет от О1 к О2.

Теперь рассм. др. группу вентилей - анодную. Вентили этой группы подкл. своими катодами к фазам втор. обмотки трансф-а, а их аноды объединены в одну точку, соед. с нагрузкой z_н . Ток I_d протекает по левому сопротивлению под действием фазных ЭДС втор. обмотки, вкл. в работу в моменты, когда в нач. обмотки (обозначены точкой)- полож. потенциал, а в конце обмотки (одна из точек “а”, “b” или “с”)- отрицательный.

В ан. группе в каждый момент времени ток проводит тот вентиль, потенциал катода которого ниже потенциалов катодов других вентилей группы.

Т. о., сущ. два, как бы независимых друг от друга нулевых выпрямителя, пит. от одной и той же вторичной обмотки трансформатора, токи которых равны по величине (т.к. равны сопротивления z_н ). Ток анодной группы течет по перемычке О1 - О2 от О2 к О1, т.е. встречно току катодной группы. Таким образом результирующий ток в перемычке оказывается равным нулю, и эту перемычку можно просто убрать. Теперь мы видим, что к точкам, объединяющим катоды и аноды разных групп вентилей оказались подключ. два последовательно соединенных сопротивления z_н и по цепи этих сопротивлений протекает один и тот же ток I_d . В работе схемы ничего не изменится, если мы цепь с двумя сопротивлениями z_н заменим другой цепью с одним сопротивлением 2z_н , величина которого равна сумме первых двух сопротивлений.

Если на одной фазе (например, на фазе “а”) трансформатора, на конце обмотки полож. потенциал превышает по величине потенциалы концов обмоток других фаз, то в катодной группе будет проводить вентиль V₁. В то же время на конце обмотки какой- то другой фазы (например фазы “b”) потенциал миним., это означ., что в анодной группе ток проводит вентиль V₆. Т. о. в любой момент времени в трехфазной мостовой схеме ток проводят два вентиля, работают две фазные обмотки трансформатора и напряжение, приложенное к нагрузке 2z_н через включенные вентили, равно сумме напряжений фазных обмоток, т.е. равно линейному напряжению.

Таким образом напряжение на выходных зажимах трехфазной мостовой схемы можно рассматривать, как сумму напряжений двух трехфазных нулевых преобразователей.

Не имеет значения, что нулевая точка трансформатора с нагрузкой не соединена. Если бы можно было отыскать среднюю точку сопротивления 2z_н и, если эту реальную точку нагрузки соединить с нулем втор. обмотки трансф., то ничего в работе схемы не изменилось бы. Но это дает нам право рассм. процессы в более сложной схеме через процессы в более простых схемах, изученных нами и более понятных нам.

На рис 27 прив. диагр. напряжений, поясняющих последовательность перехода от фазных напряжений двух нулевых схем к линейным напряжениям мостовой схемы. На диаграммах коммутация считается мгновенной.

Первая диаграмма (сверху) - напряжения катодной группы при трех разных значениях угла управления  (0; 75 ; 120). Положительные вольт- секундные площадки заштрих. верт. линиями, отриц.- горизонтальными. Переключение с предыд. фазы на послед. на этой диагр. Происх. снизу- вверх (с отриц. напряжений на полож.).

Вторая диагр.- напряжения анодной группы. Здесь в работу вступает вентиль, имеющий наиб. отриц. потенциал на катоде. Т.е. на диаграмме переключение происходит сверху- вниз. Тем не менее, полож. напряжение на нагрузке получается от нижних вольт- секундных площадей (они заштрихованы вертикальными линиями).

На третьей диаграмме- показаны результаты суммирования напряжений катодной и анодной групп с учетом их знака. Площади одного знака- суммируются (как это имеет место для  = 0). В рез. получ. междуфазовое, линейное напряжение. Так, например, напряжение между точками “1” и “2” можно рассматривать, как положительную полуволну лин. напряжения между фазами “а” и “с”. Точки “3” и “4” определяют полож. полуволну линейного напряжения между фазами “b” и “с”. Синусоиды лин. напряжения повторяются с частотой 300 Гц и, таким образом, получается шестипульсное выпрямленное напряжение. При сложении напряжений катодной и анодной групп, имеющих полож. и отриц. вольт- секундные участки, участки разного знака, накладываясь одни на другие, дают в результате отсутствие напряжения, т.е. получаются не заштрихованные участки, т.е. участки с напряжениями разного знака компенсируют друг друга. Те площади, которые выходят из зоны компенсации, сохраняют свои знаки.

Диаграммы напряжений трехфазного мостового тиристорного преобразователя :(рис 27)

На четвертой диаграмме представлены линейные напряжения, формирующиеся на выходе трехфазного мостового преобр-ля. Эта диагр. получ. из третьей диаграммы, если нижнюю огибающую синусоид превратить в нулевую линию, и от нее откладывать вверх полож. лин. напряжения (верт. штриховка), и вниз- отриц. напряжения (гориз. штриховка). Именно такая форма напряжения возн. на экране осцил., если вход этого осциллографа подключить к выходным клеммам трехфазного мостового ТП

13. Классификация и принципы построения СИФУ.

СИФУ можно разделить на два класса:

1. Синхронные системы управления;

2. Асинхронные СИФУ.

В синхронных системах каждый управляющий импульс жестко привязан к синусоиде своей фазы. место импульса определяется координатой управления- углом .

Угол управления ( ) есть угол, выраженный в электрических градусах, отсчитываемый от точки естественной коммутации двух коммутируемых фаз до момента включения тиристора последующей фазы.

В асинхронных СИФУ угол управления  в явном виде не связан с координатой t сети. Он получается как результат регулирования интервалов между импульсами управления. Асинхронные СИФУ являются замкнутыми системами, обеспечивающими регулирование выпрямленного напряжения по требуемому закону. В них действует отрицательная обратная связь по выходному напряжению ТП, регулирующая интервалы между двумя соседними включающими импульсами.

Угол управления ( ) отсчитывается от предыдущего импульса.

t_i = t_i-1 + 2/m_n + _i (U_У)

(Рис 28)

Величина _i определяет приращение угла  на интервале между двумя соседними управляющими импульсами. Система регулирования (рис 29) содержит аналоговую часть и дискретную, связывающую СИФУ и ТП.

В СИФУ асинхронной системы управления должно быть предусмотрено ограничение минимального и максимального значений угла  допустимыми величинами, что существенно усложняет систему. Это является основным ее недостатком. Главным достоинством системы является ее высокая помехоустойчивость. На ее работу не влияют искажения питающего напряжения, которые могут иметь место в сети переменного тока.

(Рис 29)

Асинхронные СИФУ находят в практике ограниченное применение.

В дальнейшем мы будем рассматривать только первый тип систем - синхронные СИФУ.

Принципы построения синхронных СИФУ.

Синхронные СИФУ делятся на два вида:

1. Многоканальные СИФУ;

2. Одноканальные СИФУ.

Канальность СИФУ связана с тем фактом, что система должна обеспечить управление несколькими полупроводниковыми приборами- тиристорами, включенными в разные фазы и на разную полярность напряжения сети. Канальность СИФУ также связана с тем, что из всех функций системы управления выделяют одну главную- функцию сдвига управляющих импульсов относительно фазы синусоидального питающего напряжения.

Фазовый сдвиг управляющих импульсов может быть реализован в одном фазосдвигающем устройстве и, после этого, сдвинутые на угол  импульсные сигналы распределяются по тиристорам силовой схемы ТП, пройдя, предварительно, усиление в выходных устройствах.

Такая система управления относится к одноканальным.

Если же управление тиристорами одного плеча моста, или одной фазы в нулевой схеме осуществляется автономно и не связано с управлением другими тиристорами, такие системы относятся к многоканальным.

Таким образом канал- это часть СИФУ, содержащая определяющий функциональный элемент- фазосдвигающее устройство.

В многоканальной СИФУ в каждом канале автономно определяется своя точка естественной коммутации между фазами, токи которых предстоит скоммутировать данным вентилем. Затем осуществляется фазовый сдвиг сигнала на угол  в своем отдельном фазосдвигающем устройстве.

На рис 30 изображена функциональная схема многоканальной СИФУ. В ней видно, что каждый канал имеет свое фазосдвигающее устройство, а число каналов должно быть равно числу плеч в мостовой схеме выпрямления. Синхронизирующее устройство посылает в СИФУ “n” синхронизирующих сигналов в моменты равенства ЭДС фаз, коммутация которых должна быть выполнена данным вентилем.

(Рис 30)

Кроме сигнала синхронизирующего устройства на вход всех ФСУ поступает аналоговый сигнал U_У , величина которого определяет угол задержки включения всех вентилей ( ). Угол  во всех ФСУ должен быть одинаков, поэтому и сигнал управления (U_У) на каждом канале один и тот же.

(Рис 31)

На рис 31 изображена функциональная схема одноканальной СИФУ. В отличие от многоканальной здесь фазовый сдвиг осуществляется одним фазосдвигающим устройством, выходной сигнал которого поступает на распределитель импульсов в виде кратковременного импульса, частота поступления которого- 50 Гц.

Распределитель импульсов выдает шесть сдвинутых по фазе на 60 импульсов, поступающих на выходные устройства, где эти импульсы усиливаются и поступают на управляющие электроды тиристоров. В течение одного периода переменного напряжения распределитель импульсов успевает выдать шесть импульсов на выходные устройства и т.о. завершается один цикл включения тиристоров. Как и в предыдущей схеме, величина угла управления “” определяется величиной управляющего напряжения “U_У”, которое выдается входным устройством после сопоставления всех поступающих на него сигналов. Импульс на выходе ФСУ сдвинут на угол “” относительно точки естественной коммутации, местоположение которой на оси t определено импульсом “U_c”. Важным достоинством одноканальной СИФУ является высокая симметрия управляющих импульсов, которая достигается постоянством тактовой частоты распределителя импульсов (РП). Недостаток системы- ее сложность. Она связана с необходимостью обеспечения четкой работы распределителя импульсов.

Многоканальные системы, хотя содержат большее число элементов в функциональной схеме, тем не менее, реализуются проще одноканальных, поэтому при пульсности выше двух в ТП заводского изготовления используются, как правило, многоканальные СИФУ.

14. Вертикальный принцип фазосмещения. Способ обеспечения линейной зависимости Ud = f(Uy) в ТП.

Фазосдвигающее устройство (ФСУ).

Назначение ФСУ в СИФУ ТП – регулир-е фазы включающих импульсов тиристоров. Возможны разные принципы их реализации, но неизменно то, что ФСУ осуществляет сдвиг импульса относит. момента естеств. коммутац. в сторону запаздывания на угол , величина которого регулир-ся в зависимости от значения управляющего напряж. U_У .

Вертикальный принцип фазосмещения управляющих импульсов ТП.

Суть вертикального фазового управл-я закл. в сравнении перемен. напряж. (пилообразной, Sin-ой, треугольной и др. форм) с пост. напряж. регулируемой вел-ны, поступающим от устр-в автоматич. регул-я. На рис 34 представлена структур. сх. одного из вариантов ФСУ подобного типа. Основн. узлами его явл-ся генератор пилообразного напряжения (ГПН) синхронизированный с Sin-ным питающим напряж. с помощью СУ, нуль-орган НО (компаратор) и источник регулир-го пост. напряж., вел-на которого U_У регулируется вручную или автоматически.

В этой сх. формирование включающего импульса происходит в момент = пилообразного напряж. генератора U_г и напряж. управл-я U_У. При изменении U_У изменяется фаза управл-го импульса. Ф-ции сравнивающего устр-ва выполняет НО, на входы которого поступают напряж. U_У и U_г. НО может быть выполнен по разным сх. и на разной элементной базе. Пр: сх. компаратора, выполненная на операционном усилителе.

ГПН в описанной сх. имеет линейно спадающее напряж., мгновенное значение которого сравнивается с U_У. Обычно в таких ГПН используется процесс заряда емкости постоянным по величине током.Рис 34

«-» этого ГПН - нелинейность хар-ки “вход-выход” ТП. Эта нелин. обусловлена нелин. зависимостью E_d = (). При лин. пилообразном напряж. сохраняется лин. зависимость  = (U_У ), но зависимость вых-й ЭДС от U_У остается нелин. Это обстоятельство явл-ся сущ-ным «-»ТП, т.к. в сист. АЭП приходится устранять эту нелинейность.

Иногда указанная нелин-ть компенсир-ся за счет нелин-ти опорного напряж. (перем. напряж., которое сравнивается по вел-не с U_У). Нелин-ть опорного напряж. должна компенсир-ть нелин-ть регулировочной хар-ки ТП. Чаще всего в качестве опорного напряж. использ-ся часть Sin-ды напряж. питания ТП, а именно ее Cos-ная часть.

На рис 35: диаграмма напряж. 3-хфазного нулевого ТП, а также, диаграмма напряж. при формир-и управляющих импульсов. Здесь также реализован вертикал. принцип фазосмещения. При этом, в качестве опорного напряж. использована Cos-ная часть перем. напряж. не участвующей в коммутации фазы. Так, при коммутации фаз “a”-“b” опорное напряж.-“перевернутая” фаза “c”; при коммутации фаз “b”-“c”, опорное напряж.- “перевернутая” фаза “а” и т.д.

В соответствии с диаграммой, завис-ть угла  от U_У – Arccos-льная ( = arccos U_У ), завис-ть U_d от  - Cos-ная (U_d = U_d0 cos  ). Завис-ть же U_d = (U_У ), вследствие того, что одна нелинейность компенсирует другую, оказывается линейной.Это показано на рис 36:

«+»:1.Линейность хар-ки вход-выход ТП существенно облегчает включение его в сист. автоматического регулир-я координат эл.привода.2.Облегчается синхронизация опорного напряж. с напряж. пит. сети, т.к. это опорное напряж. не что иное, как часть Sin-ды одной из фаз того же напряж. сети. Трудности внедрения: напряж. сети свойственна некоторая нестабильность, что затрудняло использ-е его в качестве опорного напряж. Такая нестабильность, как высокочастот. искажения Sin-ды устраняется с помощью фильтров. Сложнее преодолеваются трудности, связанные с “посадками” напряж., которые допускаются “Правилами эксплуатации эл.установок” в опред. пределах. Но в СИФУ ↓ амплитуды опорного напряж. чревато пропусками упр-щих импульсов, что недопустимо. Во избежание этого, в высшей точке опорного напряж. создается импульс напряж., что не позволяет U_У при max его значениях избежать пересечения с U_опорн .(рис 35).

Последняя трудность связана с изменяющимся наклоном кривой опорного напряж. Чувствительности НО может не хватить для четкого его срабатывания, когда опорное напряж. выполаживается, т.е. в верхней и в нижней точках.

Возможность преодоления этого затруднения реализовалась, когда появились компараторы на операционных усилителях с очень большими коэф-ми усиления. В настоящее время СИФУ, обеспечивающие линейность хар-ки “вход- выход” ТП получают все более широкое распространение.