6.12 Передаточная функция управляемого выпрямителя (без учета слаживающего фильтра в цепи постоянного тока)

Управляемый выпрямитель управляется не непрерывно, а дискретно. Интервал между управляющими импульсами является переменной величиной и определяется не только числом фаз управляемого выпрямителя, но и скоростью изменения управляющего сигнала. С учетом сказанного управляемый выпрямиткль, как и любое импульсное устройство, имеет ограниченную полосу пропускания частот управляющего сигнала.

Напомним, что тиристоры являются не полностью управляемыми полупроводниковыми приборами, поскольку открытие тиристора происходит в момент подачи импульса управления, а запирание его происходит в моменты спада тока, протекающего через него, до нуля.

Нетрудно показать, что при уменьшении напряжения управления продолжительность интервала между соседними импульсами управления (λ) увеличивается на некоторую величину Δλ=α₂- α₁, так как за время работы тиристора сигнал управления успевает измениться и вызвать соответствующее увеличение угла регулирования α₂. С другой стороны увеличение Δα уменьшает продолжительность λ на величину Δλ. Выходное напряжение управляемого выпрямителя при этом нарастает с темпом k_тп k_тп(dU_у/dt).

При уменьшении U_у темп снижения выходного напряжения управляемого выпрямителя [k_тп(dU_у/dt)] будет иметь место только при условии, что скорость изменения сигнала управления (dU_у/dt) будет меньше скорости изменения опорного сигнала (dU_оп/dt), т.е. |dU_у/dt |<| dU_оп/dt|. Исходя из этого, можно сделать важный вывод: перевод преобразователя из инверторного режима в выпрямительный режим может осуществляться сколь угодно быстро, а из выпрямительного режима в инверторный – с темпом, не превышающим значение, определяемое частотой сети (f_c). Теоретически управляемый выпрямитель полностью теряет свою управляемость при частоте сигнала управления больше величины, определяемой произведнием (0,5k_Тm₂f_с). Практически полоса пропускания управляемого выпрямителя ограничивается частотой питающей сети. В этой полосе частот управляющего сигнала управляемый выпрямитель может рассматривается как безынерционное звено с косинусоидальной зависимостью выходного напряжения от угла регулирования α.

В отличие от силовой части управляемого выпрямителя система импульсно-фазового управления (СИФУ) может вносить фазовые сдвиги величины угла регулирования α относительно напряжения управления U_у(t). Наличие этого фазового сдвига объясняется инерционностью элементов, входящих в состав СИФУ. Основное влияние здесь оказывает фильтр, который устанавливается на входе СИФУ для повышения помехоустойчивости СИФУ и управляемого выпрямителя в целом. В зависимости от использования СИФУ, как инерционное звено, обычно приводится к виду апериодического звено первого порядка, или звена с чистым запаздыванием, или к тому и другому вместе.

Управляемый выпрямитель с безынерционной СИФУ при отсутствии в цепи управления апериодических звеньев практически эквивалентно звену чистого запаздывания с постоянной времени τ, равной:

τ =1/(2k_тm₂f_c).

Передаточная функция управляемого выпрямителя в зоне линейности регулировочной характеристики выпрямителя в целом:

(207)

Для выпрямителей, питающихся от общепромышленной сети, f_c=50Гц, с инерционной системой управления, имеющей постоянную времени Т_су>0,0064с, или при безынерционной СИФУ, но с задатчиком интенсивности изменения входного сигнала (апериодическим звеном с постоянной времени Т₀>0,0064c), чистое запаздывание учитывать не нужно. Тогда передаточная функция выпрямителя по управляющему воздействию имеет следующий вид:

W_В(_Р)=k_В/(Т_сур+1), (208)

или W_В(_Р)=k_В/(Т₀р+1). (209)

В том же случае, когда инерционность управляемого выпрямителя мала по сравнению с инерционностью нагрузки, а частота сигнала управления существенно ментьше частоты квантования (равной частоте пульсаций выпрямленного напряжения), т.е. ω_у«_.2k_тm₂ω_с, управляемый выпрямитель может быть представлен безынерционным звеном с коэффициентом передачи k_В, т.е.

W_В(p)= k_В. (210)

Вопросы для самоконтроля:

1. При каком соотношении параметров СИФУ можно не учитывать чистое запаздывание в передаточной функции управляемого выпрямителя?

2. В каком случае передаточная функция управляемого выпрямителя может быть представлена безынерционным звеном?