2.1. Управление реверсивными тиристорными преобразователями

В реверсивных тиристорных преобразователях за счет параллельного соединения двух групп тиристоров образуется замкнутый контур, по которому может протекать, минуя цепь обмотки якоря, так называемый уравнительный ток. Например, этот ток может протекать через тиристоры VS1 и VS4 (или VS6) в схеме рис. 1а или через VS12 и VS2 (или VS4) в схеме рис. 1б или другие тиристоры. Величина уравнительного тока определяется напряжением на вторичных обмотках трансформатора TV1 в момент открытия тиристоров и суммарным сопротивлением вторичных обмоток трансформатора и тиристоров. Так как эти сопротивления очень малы, то уравнительный ток достигает значения, недопустимого для тиристоров.

Для уменьшения или полного устранения уравнительного тока применяется совместное или раздельное управление группами тиристоров.

2.2. Совместное управление группами тиристоров

При совместном управлении управляющие импульсы подаются на тиристоры обеих групп. Для уменьшения уравнительного тока углы регулирования (углы запаздывания управляющих импульсов относительно точки естественной коммутации тиристоров) групп тиристоров должны быть связаны определенным соотношением. В зависимости от этого соотношения различают линейное согласованное управление, нелинейное согласованное управление и управление с автоматическим регулированием уравнительного тока.

Линейное согласованное управление. При линейном согласованном управлении углы регулирования групп тиристоров подбираются таким образом, чтобы среднее значение выпрямленной э.д.с. Е_d1 и Е_d2 на выходе этих групп были равны. Поскольку среднее значение выпрямленной э.д.с. для первой и второй групп

E_di = E_d0icos_I (1)

где i=1,2 - номер группы тиристоров, E_d0i - среднее значение выпрямленной э.д.с. при угле регулирования равном нулю, _i - угол регулирования первой или второй групп тиристоров), то при линейном согласованном управлении должно соблюдаться условие

E_d01cos₁ = - Ed₀₂cos₂. (2)

Условие (2) соблюдается, если выполняется равенство cos₁= cos(180⁰-₂) или

₁+₂=180. (3)

При выполнении условий (2) или (3) среднее значение (постоянная составляющая) уравнительного тока оказывается равной нулю. Переменная составляющая уравнительного тока, вызванная неравенством мгновенных значений выпрямленных э.д.с. на выходе первой и второй групп тиристоров, уменьшается путем включения уравнительных реакторов (L1 и L2 в схеме рис. 1а и L1 - L4 в схеме рис. 1б) между двумя группами тиристоров.

Работа управляемых выпрямителей в схеме рис. 1 протекает следующим образом. Соотношение между углами регулирования для первой и второй групп тиристоров определяется выражением (3). Например, при ₁=90⁰ должно выполняться ₂=90⁰, а среднее значение выпрямленных э.д.с. первой и второй групп тиристоров оказываются равными нулю.

Если для углов регулирования тиристоров первой группы выполняется ₁<90⁰, то для тиристоров второй группы должно выполняться ₂>90⁰. При этом тиристоры первой группы работают в выпрямительном режиме, а тиристоры второй группы - в инверторном. В этом случае ток обмотки якоря протекает через тиристоры первой группы.

Если выполняется ₁>90⁰, то как следует из (3) должно выполняться ₂<90⁰. При этом тиристоры первой группы работают в инверторном режиме, тиристоры второй группы - в выпрямительном, а ток обмотки якоря протекает через тиристоры второй группы.

Для рассмотренных трех случаев уравнительный ток будет протекать через тиристоры первой и второй групп. Для уменьшения уравнительного тока между двумя группами тиристоров включают уравнительные реакторы (рис. 1).

В зависимости от исполнения уравнительные реакторы делятся на ненасыщающиеся (с большим воздушным зазором), насыщающиеся и частично насыщающиеся (с малым воздушным зазором). В схеме рис. 1а количество уравнительных реакторов независимо от их исполнения должно быть не менее двух. В схеме рис. 1б при использовании ненасыщающихся реакторов количество реакторов может быть уменьшено до двух (могут быть оставлены реакторы L1 и L4 или L2 и L3), но в любом случае их суммарная индуктивность должна оставаться одинаковой. Применение частично насыщающихся реакторов позволяет уменьшить массу и габариты, и, следовательно, стоимость уравнительных реакторов. Значительного уменьшения указанных параметров можно достичь при применении двух двухобмоточных насыщающихся реакторов (L1 и L3, а также L2 и L4 - две обмотки соответственно первого и второго реакторов). Обмотки каждого реактора включаются встречно по отношению друг к другу. В результате этого суммарный магнитный поток каждого реактора, вызванный током нагрузки, в любой момент времени оказывается равным нулю и реакторы не насыщаются этим током.

Нелинейное согласованное управление. При нелинейном согласованном управлении соотношение углов регулирования для выпрямительной и инверторных групп тиристоров устанавливается таким, чтобы среднее значение выпрямленной э.д.с. инверторной группы было больше среднего значения выпрямленной э.д.с. выпрямительной группы. При этом условие (3) не будет соблюдаться и сумма углов будет больше 180⁰:

₁+₂>180⁰. (4)

Применение нелинейного согласованного управления позволяет уменьшить или совсем исключить статические уравнительные токи (токи в установившемся режиме), но не позволяет устранить динамические уравнительные токи (токи в переходных режимах - при разгоне или торможении электродвигателя). Поэтому при нелинейном согласованном управлении невозможно избавиться от уравнительных реакторов, хотя их габариты и стоимость могут быть значительно уменьшены.

Управление с автоматическим регулированием уравнительного тока. Наряду с рассмотренными способами управления группами тиристоров в реверсивных тиристорных преобразователях применяется совместное управление с автоматическим регулированием уравнительного тока. В этом способе одна из групп тиристоров работает в выпрямительном режиме с требуемым углом регулирования. Угол регулирования для тиристоров другой группы, работающей в инверторном режиме, автоматически устанавливается таким, чтобы уравнительный ток поддерживался на заданном уровне при любых режимах работы тиристорного преобразователя. Применение данного способа управления позволяет несколько сократить габариты и стоимость уравнительных реакторов.