Рис.8.2 Примеры реверсивных трёхфазных УВ с совместным управлением; вк1, вк2 – вентильные комплекты; L1,L2,L3,L4 – уравнительные реакторы; а) схема с одним L; б) и в) с двумя уравнительными реакторами L1,L2; г) схема с L1,L2,L3,L4.

Способ совместного управления реверсивным преобразова-телем с согласованием углов ₁ + ₂ =  получил название линейно-согласованного управления.

Если ₁+₂ > , то такой способ называют нелинейно-согласо-ванным управлением. Уравнительный ток при таком согласо-вании становится прерывистым. С увеличением суммы ₁+₂ его величина уменьшается, и при ₁ + ₂  +^/_m он пропадает.

Реверсивные УВ с совместным линейно или нелинейно согласованным управлением использовались лишь на ранних этапах создания вентильных электроприводов. Уравнительный ток снижает к.п.д. и коэффициент мощности  преобразователя. Последнее связано с тем, что при совместном управлении требуется жёстко выполнять условие U_В  U_И или _max  _min. Угол _min, как мы уже отмечали в 6-ом параграфе, не может быть меньше суммы углов γ+δ (коммутации и восстановления запирающих свойств тиристоров). Коэффициент мощности  вследствие этого получается ниже, чем в нереверсивных (однокомплектных) УВ.

Существенным недостатком УВ с совместным управле-нием является необходимость в уравнительных реакторах. Они увеличивают вес, габариты и стоимость преобразователя. На Рис.8.2 показаны варианты схем с одним, двумя и четырьмя уравнительными реакторами. Сравнительные достоинства и недостатки каждой из них достаточно очевидны.

При раздельном управлении управляющие импульсы поступают лишь на один из комплектов вентилей. Поэтому вместо двух достаточно одного комплекта СИФУ. Контур для протекания уравнительного тока принципиально отсутствует. Отпадает необходимость в уравнительных реакторах и, как следствие, сокращается количество возможных вариантов исполнения силовой схемы Рис.8.3. Сегодня уже не встретишь в эксплуатации реверсивные преобразователи с согласованным или с совместным управлением.

Рис.8.3 Нулевая и мостовая схемы реверсивных трёхфазных УВ с раздельным управлением вентильными комплектами ВК1 и ВК2.

8.2 РАЗДЕЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОМПЛЕКТАМИ РЕВЕРСИВНОГО УВ.

Функциональная схема с раздельным управлением комплекта-ми вентилей приведена на Рис.8.4.

Рис.8.4 Функциональная схема преобразователя с раздельным управлением. ВК1, ВК2 вентильные комплекты, Тр – согласую-щий трансформатор, АР – токоограничивающие анодные реак-торы, СИФУ – система импульсно-фазового управления; ЛУ – логическое устройство; ДП – датчик проводимости тиристоров; И – инвертор; НО – нуль-орган; КВ1, КВ2 – электронные ключи, управляемые сигналами ЛУ; U_бл, i_бл – блокирующие сигналы; U_p- сигнал вызова повторных импульсов.

В схеме используется один комплект СИФУ, выходные каска-ды которого подключаются к управляющим электродам тиристо-ров ВК1 (вперёд) или ВК2 (назад) через полупроводниковые ключи КВ1 и КВ2. При смене работающих комплектов тиристо-ров вторые ключи КВ1 и КВ2 инвертируют сигнал на входе СИФУ. Этим достигается соответствие между знаком u_у и на-правлением тока в цепи нагрузки при одном и том же знаке сиг-налов u₁(u₂) на входе СИФУ. Ключи КВ1 и КВ2 управляются логическим устройством ЛУ.

Основные требования к работе ЛУ следующие:

1. Переключение контактов КВ1 и КВ2 должно осуществляться в функции знака u_у. Последний выделяется с помощью нуль-органа, который вырабатывает на выходе сигнал в виде логической 1, если u_у0 и логического нуля, если сигнал u_у0.

2. Управляющие импульсы могут подаваться только на один комплект тиристоров. Одновремённое замыкание ключей КВ1 и КВ2 должно быть исключено во избежание короткого замыкания (к.з.) в силовой цепи реверсивного УВ.

3. Переключение ключей КВ1 и КВ2 должно происходить при отсутствии токов в тиристорных комплектах ВК1 и ВК2. При наличии тока I_d нельзя как отключать ключ из-за возможности опрокидывания при инвертировании, так и включать ключ второго комплекта из-за возможности возникновения к.з.

4. Подача импульсов на вступающий в работу комплект тиристоров должна происходить с задержкой на время  = 0,51 ms для надёжного восстановления запирающих свойств тиристоров окончившего работу комплекта.

Логическое устройство (ЛУ).

Один из вариантов ЛУ, удовлетворяющего четырём требо-ваниям, показан на Рис.8.5. Основу ЛУ составляют два асинхронных RS-триггера Т1, Т2, выполненных, например, на элементах И-НЕ и схема совпадения СС, управляющая изменением состояния ключей КВ1 и КВ2.

Рис.8.5 Схема логического устройства.

На вход элемента И-НЕ (Д3) подаётся логический сигнал U_но с выхода нуль органа и два блокирующих логических сигнала i_би и u_би. Первый поступает с датчика проводимости ДП и обеспечивает контроль тока в силовой цепи, а второй из СИФУ и обеспечивает контроль управляющих импульсов.

Если какой-нибудь из тиристоров находится в открытом состоянии, то напряжение на нём близко к нулю, а на выходе ДП формируется сигнал i_би = 0. Если же все тиристоры преобразователя закрыты, то i_би = 1 (блокировка снята).

Второй блокирующий сигнал u_би исключает возможность появления тока во втором комплекте тиристоров, при совпадении управляющего импульса с моментом переключения. Он обеспечивает надёжное включение в работу тиристора, если импульс уже начал поступать на него в каком-либо из комплектов. Вторым блокирующим сигналом исключается возможность «обрыва» уже формирующегося управляющего импульса.

Выходной сигнал ЛУ, разрешающий замыкание ключей КВ1 или КВ2, появляется только при совпадении состояний триггеров Т1 и Т2. Совпадение контролируется схемой СС на Рис.8.5. Если на прямых выходах Т1 и Т2 устанавливаются логические единицы (Q1 = Q2 =1), то замыкаются ключи КВ1, если же логические нули (Q1 = Q2 =0), то замыкаются КВ2.

Поясним работу ЛУ, рассмотрев процесс переключения при реверсе тока из направления «назад» (ток нагрузки до переключения протекал за счёт комплекта вентилей ВК2). До реверса сигнал u_у  0 и логический сигнал с выхода нуль органа U_но= 0. Триггеры Т1, Т2 находились в состоянии, когда на их инверторных выходах Q1 = Q2 =1. Для реверса тока сигнал u_у меняет знак (u_у 0 и U_но=1). Триггер Т1 сохранит своё прежнее состояние до тех пор пока i_би и u_би не станут равны логической 1.

При i_би = u_би=1 на выходе D1 появляется лог.1, а на выходе D3 логический нуль. На одном входе D4 теперь будет лог.1, а на другом – лог.0. Соответственно на выходе D4 – лог.1. Сигналами S=0 и R=1 триггер Т1 переключится в состояние Q1=1 (Q1=0). Переключение Т2 возможно после переключения Т1 и появления с запаздыванием на время  сигнала лог.1 с выхода элемента D2. Отсчёт выдержки , формируемой элементом D10, начинается с момента появления несовпадения состояний триггеров Т1 и Т2, фиксируемого схемой СС на элементах D7, D8 и D9. В этот промежуток времени на выходе D7 и D8 имеем лог.0, что приводит к разомкнутому состоянию ключей КВ1 и КВ2, т.е. к состоянию, когда отпирающие импульсы не поступают ни на один из комплектов тиристоров.

На выходе D9 в течение этого промежутка времени устанав-ливается сигнал лог.1, который и запускает выдержку . Через время  на выходах триггера Т2 устанавливаются такие же сигналы S=0, R=1, которыми он переключается в состояние Q2=1 (Q2=0). С этого момента состояния Т1 и Т2 снова совпадают, но в другой позиции при которой замкнутыми являются контакты КВ1. На выходе D7 устанавливается лог.1.

Задержка  вводится лишь на переключение триггера Т2 и ключей КВ1 и КВ2, т.е. на включение в работу нового комплекта тиристоров и не вводится при повторном включении того же комплекта, что позволяет снизить потерю информации в услови-ях действия помех и повысить быстродействие УВ.

Для того, чтобы после каждого переключения комплектов мог сразу же появиться ток другого знака и не возникали ненужные бестоковые паузы, необходимо обеспечить выдачу управляющих импульсов на те тиристоры, вступающего в работу силового комплекта, анодное напряжение которых положительно и для которых уже разрешена была выдача этих импульсов значением сигнала u_у на входе СИФУ (Рис.8.6).

Рис.8.6. К принципу работы СИФУ в реверсивном УВ с раздельным управлением вентильными комплектами.

После переключения (например в момент времени t₃ на Рис.8.6) должна обеспечиваться последовательная выдача управ-ляющих импульсов в моменты времени, когда пилообразное напряжение U_п=U_см+ u_у во всех каналах СИФУ, включая и те каналы, в которых до переключения комплектов в течение действия данного пилообразного напряжения управляющие импульсы уже выдавались (каналы U_п1 и U_п2 на Рис.8.6). Подготовка каналов к выдаче повторных импульсов на другой комплект может обеспечиваться сигналом U_р логического устройства с выхода D9 (сигналом, обеспечивающим начало отсчёта выдержки ). Такая особенность в управлении ревер-сивным УВ от одного комплекта СИФУ, формирующего узкие управляющие импульсы (длительностью 1015эл.) обеспечивает минимальную бестоковую паузу (не более задержки ). Это значительно улучшает динамику систем с реверсивными УВ.

Возможны и другие принципы построения ЛУ, однако описанная схема и алгоритмы являются наиболее быстродей-ствующими и при этом надёжно исключают аварийные ситуации в работе реверсивного УВ.

Датчик проводимости (ДП).

Выполнен по схеме Рис.8.7, которая позволяет контроли-ровать состояние тиристоров Т2, Т4, Т6 комплекта «ВК2» и Т1, Т3, Т5 комплекта «ВК1».

Рис.8.7. Схема датчика проводимости тиристоров

Если все тиристоры заперты, то комплекты «ВК1» и «ВК2» не проводят ток, а диодные мосты D1, D2, D3 напротив пропускают токи, которые проходят через излучающие диоды оптопар V1, V2, V3. Эти токи обусловлены высокими напряжениями фаз сети и ограничиваются сопротивлени-ями R1, R2, R3. Под действием излучений светодиодов фото-диоды оптопар становятся проводящими и шунтируют базовый переход усилительного каскада на транзисторах Тр1, Тр2 в схеме ДП Рис.8.7. Транзисторы Тр1 и Тр2 заперты и на коллекторе Тр2 формируется сигнал лог.1.

Если хотя бы один из тиристоров Т2, Т4, Т6 комплекта «ВК2» или Т1, Т3, Т5 комплекта «ВК1» проводят ток, то соответствующая цепь, состоящая из резистора и диодного моста, оказывается зашунтированной, а ток через излучающий диод оптопары обращается в нуль. Фотодиод оптопары запирается и ток от источника 15 вольт через резистор R4 протекает через базовый переход транзисторов Тр1, Тр2. Оба транзистора открываются и на выходе (коллекторе Тр2) формируется сигнал лог.0 (т.е. i_би=0).

Система импульсно-фазового управления (СИФУ).

Это одна из основных систем в УВ, преобразующая непре-рывный входной сигнал u_у(t) (аналоговый либо цифровой) в импульсы управления, определяющие дискретные моменты отпи-рания силовых вентилей. Вентили в свою очередь обеспечивают подключение соответствующих э.д.с. сети (либо вторичных э.д.с. согласующего трансформатора) к цепи выпрямленного тока. За счёт регулирования фазы такого подключения обеспечивается регулирование величины и знака э.д.с. E_d(α).

Из истории развития силовой преобразовательной техники известно несколько различных принципов построения СИФУ, отличающиеся способами синхронизации и регулирования фазы импульсов управления. По способу синхронизации системы делят на синхронные и асинхронные, а по способу фазового регулирования на вертикальные и горизонтальные.

В вентильном электроприводе постоянного тока наиболее ши-рокое распространение получили СИФУ синхронного типа с вертикальным способом фазового регулирования. Такие системы строятся как m-канальные по числу фаз (тиристоров) выпрями-тельного комплекта.

Из-за неидентичности параметров элементов, в каналах СИФУ возникал разброс («асимметрия») углов регулирования α_i. Наибо-лее существенным образом это сказывалась на равномерности загрузки вентилей в высоковольтных линиях электропередачи на постоянном токе, а возникающие из-за разброса α_i пульсации U_d приводили ещё и к искажениям напряжений на другом конце линии электропередачи (после инвертирования). Влияние неидентичности можно устранить либо с помощью тщательной настройки каналов в СИФУ синхронного типа, либо путём использования асинхронной СИФУ.

Последняя строится как одноканальная с управляемым по частоте генератором импульсов и распределителем их по тиристорам силовой схемы УВ. Достоинством одноканальных СИФУ является отсутствие «асимметрии» углов α_i в установив-шемся режиме работы. Угол подачи управляющего импульса в одноканальной системе на очередной вентиль отсчитывается от момента подачи предыдущего по выражению

 t_i = t_i-1+ ^2/_m ± Δ_i(u_у) (8-4)

При любом значении напряжения U_d ≡ U_зад = Const сигнал Δ_i(u_у) должен стать равным нулю. Это свидетельствует как об отсутствии асимметрии, так и о том, что такая СИФУ обладает свойствами астатического регулятора, т.е. содержит в канале управления элемент с функцией интегратора.

Исследования динамических свойств УВ с учётом дискретности и полууправляемости, выполненные в [5], показали, что замкну-тые системы (вентильные электроприводы) с одноканальными асинхронными СИФУ уступают по предельным динамическим характеристикам системам с многоканальными синхронными СИФУ с вертикальным принципом фазового регулирования. В силу этих причин в быстродействующих электроприводах посто-янного тока разработки ВНИИР [16] использовались только многоканальные СИФУ синхронного типа.

Рис.8.8 Фазовращающий мост. а) принципиальная схема; б) век-торная диаграмма напряжений; U_c – падение напряжения на реак-тивном сопротивлении; U_R- падение напряжения на активном сопротивлении; U_вых выходное напряжение моста; α – угол фазо-вого смещения выходного напряжения.

СИФУ с горизонтальным принципом фазосмещения использовались в многоканальных системах синхронного типа. Сдвиг импульсов в них осуществлялся в канале синхрониизи-рующего напряжения за счёт изменения одного из параметров специальной электрической схемы (фазосдвигающего моста), показанной на Рис.8.8. За счёт изменения величины U_R можно в принципе обеспечить фазовый сдвиг U_вых относительно напряжения первичной обмотки трансформатора в диапазоне углов почти ^/₂. Достаточно громоздкие и инерционные устрой-ства с таким принципом фазового регулирования использовались лишь во времена ртутных выпрямителей [6].

Вертикальный принцип фазосмещения может применять-ся как в одно- так и в многоканальных системах синхронного типа. Он основан на сравнении управляющего сигнала с «опорными». В аналоговых многоканальных СИФУ для этого использовалось общее для всех каналов напряжение управления U_у(t) и m синхронизированных с сетью опорных напряжений U_оп. В качестве U_оп использовались напряжения синусоидальной или пилообразной формы.

Рис.8.9 Трёхфазная а) и однофазная б) мостовые схемы УВ.

Для управления трёхфазной мостовой схемой (Рис.8.9а) со-четают принципы одно- и многоканального способов управления. На Рис.8.10 приведена СИФУ для управления таким выпрями-телем. Каждый из трёх каналов служит для управления двумя противофазными тиристорами моста. Применительно к силовой схеме на на Рис.8.9а канал ФИа (первый) вырабатывает импульсы управления для тиристоров Т1 и Т4, , второй (ФИb) для управле-ния Т3,Т6 и третий (ФИc) для Т5,Т2.¹

Рис8.10. Функциональная схема СИФУ. ФИа, ФИb, ФИс каналы формирователей импульсов; Ф-фильтр;ПЭ1, ПЭ2–пороговые эле-менты; ФСН – формирователь синхронизирующих напряжений; ГПН – генератор пилообразного напряжения; УО – управляю-щий орган; НО – нуль-орган; ФДИ – формирователь длительно-сти импульсов; УИ – усилители импульсов; ВУ- выходное устройство, обеспечивающее гальваническую развязку.

Часть функциональных узлов канала (ФСИ, ГПН, НО и ФДИ) работает с частотой, в два раза превышающей частоту сети, обеспечивая отпирание тиристоров в анодной и в катодной группах и, соответственно, в первый и во второй полупериоды переменного напряжения. На Рис.8.11 приведены диаграммы сигналов этих узлов, а на Рис.8.12 и 8.13 примеры их схемной реализации на дискретных элементах.

Рис.8.11. К принципу работы СИФУ по схеме Рис.8.10 с вертикальным способом изменения угла  и пилообразным опор-ным сигналом.

Схема на Рис.8.10 работает следующим образом. Напряжение от источника (трансформатора) синхронизирующих напряжений (ИСН) через фильтр Ф поступает на пороговые элементы ПЭ1 и ПЭ2. Фильтр снижает возможные искажения напряжения в сети и сдвигает U_ф относительно U_a на ≈ 30 гр. эл. Пороговые элементы формируют сигналы прямоугольной формы U_п1 и U_п2 длитель-ностью меньше 180º (≈176º). Этот интервал определяет фактический диапазон изменения фазы импульсов управления α_i одного из 6 каналов. В моменты, когда сигналы пороговых элементов одновремённо равны нулю, на выходе формирователя синхронизирующих напряжений (ФСН) возникают импульсы U_фсн (Рис.8.11). Моменты их появления совпадают с моментами естественного отпирания тиристоров Т1 в один полупериод и Т4 – в другой.

Рис.8.12 Пример схемной реализации функциональных узлов одного из каналов ФИ.

Рис.8.12 Пример схемной реализации а) управляющего органа и б) усилителя импульсов (УИ) с вводным устройством (ВУ).

Генератор пилообразного напряжения (ГПН) запускается импульсами ФСН. С выхода ГПН напряжение пилообразной формы U_ГПН поступает на вход нуль-органа (НО) и сравнивается с сигналом управляющего органа u_уо= U_см+u_у. В момент равенства u_гпн и u_уо сигнал U_НО на выходе НО меняет знак, т.е. формирует передний фронт импульса длительностью π - α_i (сигнал U_НО на Рис.8.11). Далее по переднему фронту этого импульса узел ФДИ формирует «узкие» импульсы длительностью 10˚÷15˚эл., которые через распределитель импульсов РИ разделяются на два канала и через выходные каскады ВК1 или ВК2 поступают на тиристоры Т1 и Т2 трёхфазного моста.

Короткие «отпирающие» импульсы (10-15º эл.) позволяют существенно снизить мощность управления выпрямителем. Однако, в трёхфазной мостовой схеме их применение возможно лишь с учётом особенностей её функционирования.

Выше уже упоминалось, что трёхфазная мостовая схема пред-ставляет собой последовательное соединение двух «нулёвок», вы-полненных на тиристорах анодной (нечётной) и катодной (чётной) групп (Рис.8.9а). Моменты отпирания вентилей разных групп не совпадают по времени, ибо формируются относительно импуль-сов другой группы со сдвигом в 60 эл. гр. Электрическая цепь для тока нагрузки не может даже возникнуть, если отпирающие им-пульсы в анодной группе не имеют совпадающих интервалов с импульсами в катодной группе. Поэтому для нормального функ-ционирования схемы на Рис.8.9а, требуется либо формировать отпирающие импульсы с длительностью 70-75гр. эл. (перекрытие 10-15гр.), либо при управлении короткими импульсами подтвер-ждать открытое состояние тиристора на его интервале проводи-мости (120 гр.) «вторым» коротким импульсом через 60 гр. эл.

Второй импульс, несложно организовать в схеме Рис.8.10, с помощью дополнительного входа на оконечном каскаде первый из которых предназначен для прохождения «своего» импульса (например, из анодной группы), а второй – для «чужого» (из катодной группы), следующего через 60эл. после «своего». Этот алгоритм необходим как для первоначального включения преобразователя, так и для его работы в режиме прерывистого тока. Точки подключения «чужих» импульсов к оконечным каскадам СИФУ приведены на Рис.8.10 в виде вторых входов усилителей импульсов УИ.

В заключение можно отметить, что для управления однофазным двухполупериодным выпрямителем, выполненным по нулевой схеме, достаточно лишь одного канала рассмо-тренной схемы СИФУ (Рис.8.10). Для управления однофазным мостом (Рис.8.9б) к каждому из двух выходов одного канала потребуется добавить по дополнительному усилителю импульсов (УИ) и выходному устройству (ВУ), чтобы обеспечить одновременное отпирание пар тиристоров Т1,Т4 в первый полупериод и Т3, Т2 – во второй. Эти дополнительные выходы показаны на Рис.8.10 пунктирными линиями, а обозначения выходов взяты в скобки.

Напряжение U_см устанавливает начальное значение угла управления _нач при u_у=0. Обычно в УВ с раздельным управлением устанавливают _нач= ^/₂+ ^/_m.

УВ как динамическое звено в канале управления проявляет ряд специфических свойств:

1. дискретный характер управления, проявляющийся в том, что СИФУ воздействует на формирование выходного напряжения лишь в дискретные моменты времени (в моменты включения вентилей);

2. неполную управляемость в виде неодинакового характера изменения выходного напряжения при увеличении и при уменьшении сигнала u_y(t), ибо выходное напряжение не может уменьшаться быстрее, чем напряжение одной из фаз питающей сети из-за невозможности запереть проводящий вентиль по цепи управления;

3. влияние на коэффициент усиления УВ, по по цепям обратных связей пульсаций в кривой выходного напряжения (тока) в виде фактора пульсаций.

Перечисленные свойства в совокупности с нелинейностью регулировочной и внешней характеристик при непрерывном и прерывистом токе не позволяют представить УВ «элементарным динамическим звеном». Специфика начинает проявляться при попытке реализовать в замкнутой системе с УВ высокое быстродействие.

Контрольные вопросы и задачи

1. Какие способы управления реверсивными УВ Вам известны?

2. Что такое уравнительный ток, и какие известны Вам способы его ограничения и исключения?

3. Какое управление называют согласованным, совместным, раздельным?

4. Приведите примеры перекрёстного и встречно-параллельного включения комплектов реверсивного УВ.

5. Приведите функциональную схему раздельного управления комплектами реверсивного УВ и поясните назначение каждого из входящих в неё узлов.

6. Назовите основные требования, предъявляемые к работе логического устройства ЛУ в схеме раздельного управления реверсивным УВ.

7. Что такое датчик проводимости? Приведите пример его схемной реализации.

8. Что такое система импульсно-фазового управления?

9. В чём разница между синхронной и асинхронной СИФУ?

10. Чем отличается вертикальный способ фазосмещения от горизонтального?

11. Для чего необходимо «сдвоение» управляющих импульсов в СИФУ мостовой схемы УВ?

12. Чем выгодно управление тиристорами с помощью коротких «отпирающих» импульсов?

9 ВЫСШИЕ ГАРМОНИЧЕСКИЕ Э.Д.С. И ТОКА НА ВЫХОДЕ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Выпрямленная э.д.с. m-фазного УВ e_d(t), показанная на Рис.9.1сплошными линиями, содержит две составляющие: постоянную, равную её среднему значению E_d, и переменную, выделенную на одном из тактовых интервалов с помощью заштрихованных «вольтсекудных площадок». Кривая e_d(t) представляет собой периодическую функцию, которая может быть разложена в тригонометрический ряд Фурье:

(9-1)

где E_nм – амплитуда высшей гармонической э.д.с.

_k – фазовый угол k-й гармоники,

k = 1, 2, 3, … номера гармоник.

Рис.9.1 К принципу разложения э.д.с. e_d(t) на постоянную и переменную составляющие выходного напряжения УВ. ,  - углы отпирания и регулирования соответственно; E_d –среднее значение выпрямленной э.д.с. (E_do,- её максимальная величина при  =0); i_d(t) – пульсирующая составляющая в токе нагрузки УВ.

Каждую из составляющих (гармонику) выразим в свою очередь через амплитуды гармонических составляющих синусоидального E_nм и косинусоидального E_nм рядов:

(9-2)

При этом

┐

├ (9-3)

┘

Если учитывать, что

(9-4)

то, подставив (9-4) в (9-3) и произведя интегрирование на интервале дискретности ^2/_m , получим:

(9-5)

Из анализа выражений (9-5) следует, что амплитуда и частота высших гармоник выпрямленной э.д.с. не зависит от отдельно взятых k и m, а определяется их произведением.

У выпрямителей с различной кратностью пульсаций кривая выпрямленной э.д.с. отличается лишь порядком гармоник. Относительные значения E_nм / E_do амплитуд гармоник одной и той же частоты одинаковы во всех схемах выпрямления. С увеличением условного числа фаз m УВ из кривой выпрямленного напряжения выпадают гармоники с меньшей частотой.

Амплитуда E_nм существенно зависит от угла регулирования , достигая максимального значения при  = /2

(9-6)

Отношение действующего значения гармонической э.д.с. E_nм к максимальному значению средневыпрямленной э.д.с. E_do

(9-7)

Графики зависимости е_n() , построенные при значениях произведения km= 2, 3 и 6 приведены на Рис.9.2.

Высшие гармонические в составе выпрямленной э.д.с. приводят к появлению высших гармонических в токе нагрузки, которые неблагоприятным образом сказываются на работе коллекторной машины. Они вызывают вибрацию витков в её обмотках (шум), могут вызвать колебания скорости, ухудшают коммутацию в коллекторе, создают дополнительный нагрев обмоток и магнитопровода. Всё это приводит к более быстрому износу электрической машины.

Высшие гармонические имеют частоту больше частоты сети. При расчёте гармоник тока можно допустить, что активное сопро-тивление нагрузки много меньше индуктивного, т.е. R_мкL_мк.

Действующее значение n-й гармоники тока, если пренебречь коммутационным интервалом, равно

I_n= e_n^E_do/kmL_мк (9-8)

Это значение резко уменьшается с увеличением n = km. Поэтому в вентильных электроприводах с ограничениями к содержанию гармоник тока используют многофазные схемы. Так, например, при переходе от однофазной мостовой схемы выпрямителя c m₁ = 2 к трёхфазной мостовой схеме с m₂ = 6 максимальная величина действующего значения основной гармоники (k = 1), имеющая место по выражению (9-6) при  = /2 и равная:  I_n=m = E_do 2 /(m² –1)L_мк (9-9)

уменьшается в I₆/I₃ = (m₂²- 1)/(m₁²- 1) = 35/3 = 11,67 раза.

Рис.9.2 График зависимости относительного значения амплитуды основной гармоники для однофазного (km = 2), трёхфазного (km = 3) и эквивалентного шестифазного (km = 6) УВ в функции угла регулирования .

В тех случаях, когда условие R_мкL_мк не выполняется, эффективным средством снижения амплитуды гармоники тока в УВ является включение сглаживающего дросселя последовательно с якорем двигателя. Расчёт необходимой индуктивности ведут для низшей гармоники (к =1) при  = ^/₂, задаваясь величиной действующего значения тока для этой гармоники по отношению к номинальному току нагрузки (двигателя), т.е. задаются относительной величиной содержания тока низшей гармоники i_n = i_m = I_m/I_н в этом токе. Обычно принимают

i_m^*= 0,1  0,2.

Индуктивность сглаживающего дросселя:

где n₁ число фаз вентильных (вторичных) обмоток трансформатора, одновременно проводящих ток, и L_Д – индуктивность якорной цепи двигателя.

Величина e_n^ согласно (9-7) и графиков на Рис.9.2 становится максимальной при  =/2.

С учётом этого индуктивность сглаживающего дросселя

(9-10)

Контрольные вопросы и задачи

1.Что представляют собой высшие гармоники в составе выпрямленной э.д.с. УВ?

2. От чего зависят амплитуда и частота высших гармоник в составе выпрямленной э.д.с.?

3. По какой гармонике ведётся расчёт величины индуктивности сглаживающего дросселя?

4. При каком значении угла регулирования  амплитуда основной гармоники максимальна?

5. Как влияет число фаз на спектр высших гармоник УВ?