6. Регуляторы переменного напряжения

Регуляторы переменного напряжения предназначены для регулирования величины напряжения переменного тока. Силовая схема одной фазы такого преобразователя содержит полупроводниковый коммутатор, который может быть выполнен в виде двух встречно- параллельно включенных тиристоров (рисунок 37,а) или транзисторов. В таких преобразователях применяют фазовый, фазоступенчатый, широтно- импульсный на пониженной частоте и другие методы регулирования переменного напряжения [6].

Рассмотрим фазовый метод регулирования переменного напряжения.

Фазовые методы регулирования базируются на управлении действующим значением переменного напряжения на нагрузке путем изменения длительности открытого состояния ключа полупроводникового коммутатора в течение каждого полупериода частоты сети.

Отметим, что фазовое регулирование возможно с отстающим углом управления α, с опережающим углом управления α или с тем и другим (двустороннее фазовое регулирование). Фазовое регулирование преобразователей переменного напряжения аналогично принципу фазового регулирования управляемых выпрямителей. Отличие заключается в схемах соединения тиристоров их силовых схем, вследствие чего участки синусоид переменного напряжения, составляющие кривую выходного напряжения в управляемых выпрямителях, являются однополярными, а в регуляторах переменного напряжения участки синусоид переменного напряжения, составляющие кривую выходного напряжения, являются двуполярными и симметричными относительно оси абсцисс. Системы импульсно- фазового управления регуляторов переменного напряжения и управляемых выпрямителей абсолютно идентичны.

6.1 Устройство, принцип работы, основные расчетные соотношения и характеристики регуляторов напряжения, выполненных на тиристорах

Тиристорный регулятор напряжения (ТРН) имеет по два встречно - параллельно включенных тиристора в цепи с питающим напряжением и нагрузкой. Однако, вместо двух встречно - параллельно включенных тиристоров возможно применение симметричных тиристоров, симмисторов, обладающих способностью проводить ток как при положительном, так и отрицательном значении напряжения питающей сети переменного тока.

В ТРН нашло применение фазовое регулирование переменного напряжения с отстающим углом управления (регулирования) α.

На рисунке 37 а, б, в, г приведена схема и временные диаграммы однофазного ТРН при активной нагрузке, а на рисунке 38 а, б, в, г приведена схема и временные диаграммы однофазного ТРН при активно - индуктивной нагрузке.

Обозначения параметров на рисунке 37 б, в, г и рисунке 38 б, в, г:

-u - напряжение питающей сети;

-u_нг - напряжение нагрузки; -u_V - напряжение на тиристоре силовой схемы;

-i_нг - ток нагрузки;

-α - угол управления;

-Ψ - длительность открытого состояния тиристора;

-δ - длительность проводящего состояния тиристора после смены знака напряжения питающей сети.

При активном характере нагрузки запирание тиристоров, проводивших до этого ток, осуществляется за счет изменения полярности переменного напряжения питающей сети по окончанию каждого полупериода, т.е. после достижения точек на временной оси ωt=π,2π,3π,… (естественная коммутация).

Отметим при этом, что при активной нагрузке угол δ=0, а угол ψ=π-α. Вид кривой тока i_нг(ωt) совпадает с кривой u_нг(ωt) (смотри рисунок 37).

При активно-индуктивном характере нагрузки индуктивность L_нг

замедляет нарастание тока i_нг при отпирании тиристоров и препятствует его уменьшению при снижении напряжения u, (рисунок 38,г). Ток i_нг продолжает протекать через нагрузку и соответствующий тиристор и после перехода напряжения питания через нуль, достигая нулевого значения спустя интервал δ в пределах очередной полуволны напряжения u. Интервал проводимости тиристоров увеличивается на угол δ, т.е. ψ=π-α+δ. За счет увеличения интервала проводимости тиристоров в кривой u_нг, так же как и в управляемых выпрямителях, появляются дополнительные участки напряжения u, рисунок 38, б, отсутствующие при чисто активном характере нагрузки. Интервал паузы в кривой выходного напряжения сокращается до значения α-δ. Указанное приводит к изменению и формы кривой напряжения на тиристоре, рисунок 38,в.

Рисунок 37. Схема и временные Рисунок 38. Схема и временные

диаграммы ТРН при активной диаграммы ТРН при активно- нагрузке индуктивной нагрузке