8.5.2. Выпрямление

Импульсная модуляция в режимах выпрямления используется в целях:

• выделения в спектральном составе тока основной гармоники на стороне сети методом ослабления уровней высших гармоник;

• повышения коэффициента мощности за счет уменьшения реактивной мощ­ности основной гармоники тока и мощности искажения.

Этих целей можно достичь применением схемы преобразователей перемен­ного/постоянного тока, выполненной на базе полностью управляемых ключей (рис. 8.17), переходом к формированию токов в области выпрямления. При переходе к режимам выпрямления углы фаз первых гармоник тока соответствуют расположению их векторов в I и IV квадрантах комплексной плоскости. Следует также отметить, что режимы выпрямления и инвертирования в преобразователях переменного/постоянного тока на тиристорах реализуются на основе схем со свойствами инвертора тока. Преобразователи со свойствами инверторов напряже­ния, работающие совместно с сетью, стали применяться сравнительно недавно в связи с созданием мощных управляемых ключей.

Рассмотрим более подробно режим выпрямления на примере схемы, представ­ленной на рис. 8.17, г. Для построения векторной диаграммы представим первые гармоники токов и напряжений в виде комплексных амплитуд, полагая напряже­ние сети синусоидальным, а ток конденсатора фильтра С_ф равным нулю:

; , (8.16)

где U_н1 и I_n1 — амплитуды первых гармоник напряжения и тока инвертора. Приняв вектор напряжения сети U_c в качестве базового, получим согласно формуле (8.14) векторные диаграммы (рис. 8.18) напряжений сети при разных значениях фазы тока инвертора в режимах как выпрямления (области I,

IV), так и инвертирования (области II, III). Режим инвертирования это верхняя окружность, т.е. окружность 1.

Рис. 8.18. Векторная диаграмма преобразователя постоянного/переменного тока со свойствами инвертора напряжения в режимах выпрямления I, IV и инвертирования II, III

На диаграмме окружность l является геометрическим местом точек концов вектора основной гармоники напряжения U_н1 преоб­разователя при изменении фазы вектора тока I_н1 в диапазоне углов 0<φ<2π Геометрическим местом точек концов вектора тока I_н1 будет окружность 2. Из рис. 8.18 следует, что радиусу окружности 1 соответствует напряжение на реакторе фильтра ΔU_L=I_1H𝜔₁L_ф. Из диаграммы видно, что при работе в областях с опере­жающим током I_н1 (области II, IV) напряжение преобразователя увеличивается на значение напряжения на реакторе ΔU_L, а в областях I, III при работе с отстающим током уменьшается.

Регулирование реактивной мощности. Работа преобразователя на границе областей I, II и III, IV соответствует обмену его с сетью реактивной мощностью, обусловленной основными гармониками тока и напряжения. При этом на границе I, II мощность носит индуктивный характер, а на границе III, IV — емкостной. Такой обмен используется для регулирования реактивной мощности в сети или компенсации реактивной мощности определенного характера. Например, при передаче электроэнергии индуктивность линии передачи вызывает появление реактивной мощности, для компенсации которой требуется мощность емкостного характера. Если в сети имеет место избыток реактивной мощности емкостного характера, то для компенсации требуется источник реактивной мощности индук­тивного характера. В преобразователях, выполняющих функции компенсаторов реактивной мощности, вместо источника постоянного тока включается конденса­тор или индуктивный накопитель энергии. Естественно, что в этом случае актив­ная мощность требуется только для компенсации потерь активной мощности в элементах схемы, включая накопитель энергии на стороне постоянного тока. Такая незначительная мощность потребляется преобразователем из сети.

Таким образом, применение полностью управляемых ключей и импульсной модуляции позволяет обеспечить работу преобразователей переменного и постоян­ного тока совместно с сетью с любым значением коэффициента мощности при синусоидальной форме тока.

Вопросы для самоконтроля

1. Почему схема инвертора напряжения на рис. 8.17, б без импульсной модуляции выходного напряжения не используется для совместной работы с сетью переменного тока?

2. Какие функции выполняют фильтры на стороне переменного тока в преобразовате­лях с ШИМ, работающих совместно с сетью, и чем определяется мощность индуктивных и емкостных элементов этих фильтров?

3. Какой из преобразователей, выполненных по схемам со свойствами источника тока или напряжения, является более инерционным?

4. Какие функции выполняют диоды, подключенные параллельно или последова­тельно к транзисторам в схемах преобразователей?

5. Как изменится выходное напряжение выпрямителя с корректором мощности?