Нереверсивный шип с тиристорным ключом

На рис. 3.35 изображена нереверсивная схема ШИП с тиристорным ключом.

Рис. 3.35. Нереверсивный ШИП с тиристорным ключом

Функцию ключа выполняет VS1, а VS2 служит для управления процессом коммутации VS1. Работа: С заряжен через VS2 с (+) на верхней обкладке. При подаче импульса на VS1 на двигателе М появляется импульс напряжения U_Н и через VS1 протекает ток нагрузки. По контуру C-VS1-VD2-L (реактор) проходит перезаряд С до (+) на нижней обкладке. VD2 запирает С от дальнейшего перезаряда. Сигналом для закрывания VS1 служит импульс, подаваемый на VS2. Через открытые VS1 и VS2 разряжается конденсатор и своим током запирает VS1, а затем через VS2 дозаряжается до (+) на верхней обкладке и запирает VS2. Цикл повторяется.

Внешние характеристики нереверсивного ШИП имеют вид (рис. 3.36)

Рис. 3.36. Внешние характеристики НШИП

В зависимости от t и индуктивности якорной цепи, может иметь место режим прерывистых токов при малой нагрузке. Зона этого режима max при , т.к. при этом имеют место самые большие пульсации выпрямленного тока.

Характеристики управления нереверсивного шип.

Аналогично как координата  для ТП, так и внутренняя координата  делит ШИП на две части: ШИМ и ВК.

• характеристика управления ШИМ ;

• характеристика управления ВК ;

• результирующая характеристика управления - сложная функция.

Опорное напряжение должно иметь пилообразную линейную форму (рис.3.37.)

Для нереверсивного ШИП (однополярные импульсы)

. (3.78)

Для реверсивного ШИП с разнополярными импульсами

. (3.79)

Так как начало положительного импульса соответствует , то характеристика управления ШИМ определяется:

- для нереверсивного;

- для реверсивного,

окончательно получаем

. (3.80)

При , , .

Практически и устанавливается на уровне 0,85-0,9.

При этом .

Рис. 3.37. Графики опорного напряжения и ЭДС

с однополярными (а) и разнополярными (б) импульсами

3.5. Тиристорные преобразователи напряжения (ТПН).

Управляемый преобразователь напряжения может быть выполнен для нагрузки переменного тока.

Блочная структура аналогична ТП (рис. 3.38)

Рис. 3.38. Блочная структура ТПН

U~, I~ - действующие значения U и I переменного тока;

U~ - выходная координата;

I~ - возмущающее воздействие;

U_y – входная координата;

α – угол открывания вентилей.

Рассмотрим схему ТПН для 3-х фазной нагрузки (рис. 3.39).

Рис. 3.39. Схема ТПН для трех фазной нагрузки

Регулирование выходного U ТПН производится также, как и у ТП (за счет запаздывания их открывания тиристоров для каждой полуволны U_ф сети).

Для симметричной нагрузки

. (3.81)

режим работы ТПН определяется в соответствии с однофазной схемой замещения (рис. 3.40).

Рис. 3.40. Однофазная схема замещения

Пусть в этой схеме VS1, VS2 закорочены напрямую. Тогда:

. (3.82)

Ток в такой сети будет отставать по фазе на угол φ

, (3.83)

где U_m – амплитудное напряжение сети; φ – угол между U_c и I;

; (3.84)

; (3.85)

Рис. 3.41. График U и I для одной фазы ТПН

Такой ток будет протекать в нагрузке однофазной схемы с тиристорами VS1 и VS2, если VS1 и VS2 открывать в каждый полупериод в моменты времени, соответствующие углу (штриховая линия рис. 3.41). Если угол открывание тиристоров , то появление тока задерживается на интервал времени соответствующий углу и на кривых i и U_н появляется бестоковая пауза. На каждом полупериоде ток i определяется суммой i_уст и i_св

, (3.86)

где i_{св =} I_св0;

I_св0 – начальное значение тока i_св;

– постоянная времени нагрузки.

I_сво находится из условия равенства 0 суммарного тока в момент , т.е.

, . (3.87)

Тогда получим выражение для i_н и U_н

, (3.88)

где λ – угол проводимости можно определить из выражения i_н, если подставить ;

. (3.89)

Из этого выражения при помощи ЭВМ и определяют λ.

Но очевидно, что граничные значения λ следующие при:

α = φ, λ = π;

α = π, λ = 0; т.е. .

Таким образом при среднее значение напряжения на нагрузке снижается от наибольшего значения до 0 (без учета падения напряжения на тиристорах).

СИФУ для ТПН аналогична СИФУ для ТП (ГОН, ФСУ, ГИ). Нумерация тиристоров соответствует очередности их включения (аналогично ТП по мостовой схеме). Ключ К определяет работу ТПН с нулевым проводом или без него.

Рассмотрим требования к ширине импульсов СИФУ ТПН. Так как для основного типа нагрузки ТПН – асинхронного двигателя – величина φ переменная и изменяется в пределах от до , то минимальный угол открывания α_min = φ должен изменяться в функции фазового сдвига тока нагрузки, что существенно усложняет устройство СИФУ. Если принять α_min за неизменную величину, равную φ_min, то при и узких импульсах шириной менее φ-α_min возникает однополупериодный режим ТПН.

Очевидно, для нормального открытия тиристоров в двух полупериодах при α_min<φ ширина открывающих импульсов должна быть больше разности φ_max-α_min, которая для асинхронных двигателей практически составляет 60-70˚. Для трехфазного ТПН без нулевого провода в режиме прерывистого тока при α>φ протекание тока в нагрузке возможно только при одновременном открытии двух тиристоров. Поэтому ширина открывающих импульсов для данного ТПН должна превышать 60˚, т.к. коммутация тиристоров происходит через каждые 60˚ периода.