88. Перетворювачі змінної напруги.

А)однофазные

Б) трехфазные

А). Однофазные преобразователи переменного напряжения

Построение регулируемых преобразователей переменного напряжения основывается на использовании полупроводникового коммутатора, функцию которого чаще всего выполняют два включенных встречно-параллельно тиристора в цепи с питающим переменным напряжением и нагрузкой. В таких устройствах применяются фазовые, ступенчатый, фазоступенчатый, широтно-импульсный на пониженной частое и другие методы регулирования переменного напряжения.

Фазовые методы регулирования переменного напряжения

Фазовые методы основываются на управлении действующим значением переменного напряжения на нагрузке путем изменения длительности открытого состояния одного из включенных встречно-параллельно тиристоров (мал.8.26.) в течении полупериода частоты сети.

Мал.8.26. Схема перетворювача змінної напруги

Фазовое регулирование возможно с отстающим углом управления α, с опережающим углом управления α , ибо с тем и другим (мал..8.27.). Фазовое регулирование преобразователей переменного напряжения аналогично принципу фазового регулирования управляемых выпрямителей.

Мал.8.27. Фазове регулювання

При активном характере нагрузки ток по форме повторяет напряжение. Через тиристор Т2 ток протекает в положительный полупериод, а через тиристор Т1 в отрицательный полупериод. В связи с симметричностью управления среднее значение тока (I_а.ср.) и действующее значение (I_а) через оба тиристора одинаковы

По этим выражениям можно построить зависимости среднего и действующего значений тока тиристоров в зависимости от угла регулирования. Такие зависимости называются характеристиками управления (мал.8.28).

Мал.8.28. Характеристики керування

На мал 8.29. приведены зависимости коэффициента формы тока тиристора от угла управления, полученная по выражению

Среднее значение напряжения на нагрузке U_н.ср.=0, а действующее значение

Мал 8.29. Залежність форми струму від угла керування.

Потери мощности одного тиристора, при условии, что основным источником нагревания являются потери в состоянии прямой проводимости

При активно-индуктивной нагрузке представляет интерес определения так

называемого критического значения угла управления α= α_кр., при котором интервалы проводимости тока полностью занимают интервалы α. В этом случае (рис.8.30.) ток спадает до нуля в момент времени φ =π + α (т.е. момент запирания одного тиристора совпадает с моментом отпирания другого тиристора.), паузы в кривой тока и напряжения отсутствуют. Длительность проводящего состояния каждого тиристора становится равной 180⁰.

Мал.8.30.

Ступенчатый метод регулирования переменного напряжения

Ступенчатый метод регулирования характеризуется ступенчатым изменением амплитуды (действующего значения) переменного напряжения, подводимого к нагрузке, без изменения формы его кривой. Этот метод осуществляется с помощью трансформатора, выводы, от вторичной обмотки которого через включенные встречно-параллельно тиристоры связаны с нагрузкой (мал.8.31.).

Отпирание тиристоров происходит при переходе переменного напряжения через нуль (мал.8.31.).

Регулирование мощности в нагрузке происходит системой управления, которая производит избирательную подачу отпирающих импульсов на соответствующую пару включенных встречно-параллельно тиристоров. Недостаток метода невозможность плавного изменения напряжения на нагрузке. Преимущества – отсутствие искажений в кривой потребляемого от сети тока, а также фазового сдвига тока относительно напряжения питающей сети.

Мал.8.31. Ступінчате регулювання

Фазоступенчатый метод регулирования переменного напряжения.

Фазоступенчатый метод регулирования основывается на совместном использовании ступенчатого и фазовых методов регулирования. Он реализуется по схеме с трансформатором на входе (мал. 8.32.)

Мал.8.32. Фазо-ступінчате регулювання

В зависимости от числа ступеней возможно 2-х, 3-х и многоступенчатое регулирование.

Сущность такого метода сводится к использованию плавного изменения на нагрузке в пределах каждой ступени действующего значения напряжения на нагрузке. Принцип фазоступенчатого метода рассмотрим на примере двухступенчатого регулируемого преобразователя (рис.8.32.).

Управляющие импульсы на отпирание тиристоров Т₁ , Т₂ низшей ступени подаются в момент перехода напряжения питания через нуль. Отпирание тиристоров Т₃, Т₄ высшей ступени производится с отстающим фазовым сдвигом на угол α относительно указанных моментов времени.

При угле α=0 моменты поступления отпирающих импульсов на включенные в одинаковом направлении тиристоры обеих групп (Т₁, Т₂, Т₃, Т₄) совпадают. Однако управляющие импульсы приводят к поочередному отпиранию только тиристоров Т₃ , Т₄ высшей ступени. Тиристоры Т₁, Т₂ остаются закрытыми под действием разности напряжений u_2-2 – u_2-1, являющейся для них запирающей. Таким образом, при α=0 напряжение на нагрузке определяется напряжением u_2-2 высшей ступени (мал.7.32.).

Полуволна напряжения u_н положительной полярности формируется при открытом тиристоре Т₃ , а полуволна напряжения отрицательной полярности – при открытом тиристоре Т₄.

При углах π > α > 0 управляющие импульсы на отпирание тиристоров Т₃, Т₄ следуют с задержкой во времени относительно управляющих импульсов на отпирание тиристоров Т₁, Т₂ . На интервалах α проводит либо тиристор Т₁ (при положительной полярности напряжения u_2-1), либо тиристор Т₂ (при отрицательной полярности напряжения u_2-1), в связи с чем на указанных интервалах кривая напряжения u_н определяется отрезками синусоиды напряжения u_2-1. Управляющий импульс, поступающий спустя интервал α на тиристор Т₃ (Т₄), вызывает его отпирание и запирание под действием напряжения u_2-2 – u_2-1 ранее проводившего тиристора нижней ступени. Напряжение на нагрузке до окончания текущей полуволны напряжения питания определяется напряжением u_2-2 вторичной обмотки трансформатора.

Подача управляющих импульсов на тиристоры высшей ступени с углом α=π не приводит к их отпиранию, вследствие чего напряжение на нагрузке определяется синусоидой напряжения u_2-1 низшей ступени в условиях поочередной проводимости тиристоров Т₁ , Т₂ .

Таким образом, при плавном управлении углом α преобразователь осуществляет изменение действующего значения напряжения на нагрузке в пределах от U_2-1 до U_2-2.

Широтно-импульсный метод регулирования переменного напряжения на пониженной частоте.

Этот метод основан на изменении числа периодов переменного напряжения, подводимого к нагрузке. Для его реализации можно использовать любую из приведенных ранее схем. Его недостатком является присутствие гармонических в токе сети с частотами ниже 50Гц, что обуславливается импульсным характером потребления энергии из сети. Диаграммы напряжений, иллюстрирующие принцип работы преобразователя переменного напряжения при данном методе регулирования показаны на мал.8.33.

Мал.8.33. Широтно-імпульсне регулювання

Б). Трехфазные преобразователи переменного напряжения

Наиболее применимыми являются трехфазные преобразователи переменного напряжения выполненные по схеме соединения «тиристор-тиристор». Такие схемы могут быть выполнены с изолированной нейтралью или выведенной нейтралью

мал. 8.34.

Мал.8.34. Трифазний перетворювач змінної напруги