Преобразователи постоянного тока

Тиристор — устройство, обладающее свойствами полупроводника, в основе конструкции которого лежит монокристалический полупроводник, имеющий три или больше p-n-переходов.

Его работа подразумевает наличие двух стабильных фаз:

  • «закрытая» (уровень проводимости низкий);
  • «открытая» (уровень проводимости высоки).

Тиристоры — устройства, выполняющие функции силовых электронных ключей. Другое их наименование — однооперационные тиристоры. Данный прибор позволяет осуществлять регуляцию воздействия мощных нагрузок посредством незначительных импульсов.

Согласно вольт-амперной характеристике тиристора, увеличение силы тока в нём будет провоцировать снижение напряжения, то есть появится отрицательное дифференциальное сопротивление.

Кроме того, эти полупроводниковые устройства могут объединять цепи с напряжением до 5000 Вольт и силой тока до 5000 Ампер (при частоте не более 1000 Гц).

Тиристоры с двумя и тремя выводами пригодны для работы как с постоянным, так и с переменным током. Наиболее часто принцип их действия сравнивается с работой ректификационного диода и считается, что они являются полноценным аналогом выпрямителя, в некотором смысле даже более эффективным.

Разновидности тиристоров отличаются между собой:

  • Способом управления.
  • Проводимостью (односторонняя или двусторонняя).

Общие принципы управление

В структуре тиристора имеется 4 полупроводниковых слоя в последовательном соединении (p-n-p-n). Контакт, подведённый к наружному p-слою — анод, к наружному n-слою — катод. Как результат, при стандартной сборке в тиристоре максимально может быть два управляющих электрода, которые крепятся к внутренним слоям. Соответственно подключённому слою проводники, по типу управления устройства делятся на катодные и анодные. Чаще используется первая разновидность.

Ток в тиристорах течёт в сторону катода (от анода), поэтому соединение с источником тока осуществляет между анодом и плюсовым зажимом, а также между катодом и минусовым зажимом.

Тиристоры с управляющим электродом могут быть:

  • Запираемыми;
  • Незапираемыми.

Показательным свойством незапираемых приборов является отсутствие у них реакции на сигнал с управляющего электрода. Единственный способ закрыть их — снизить уровень протекающего сквозь них тока так, чтобы он уступал силе тока удержания.

Управляя тиристором следует учитывать некоторые моменты. Устройство данного типа сменяет фазы работы с «выключен» на «включён» и обратно скачкообразно и только при условии внешнего воздействия: при помощи тока (манипуляции с напряжением) или фотонов (в случаях с фототиристором).

Чтобы разобраться в данном моменте необходимо помнить, что у тиристора преимущественно имеется 3 вывода (тринистор): анод, катод и управляющий электрод.

Уэ (управляющий электрод) как раз таки и отвечает за то, чтобы включать и выключать тиристор. Открытие тиристора происходит при условии, что приложенное напряжение между А (анодом) и К (катодом) становится равным или превосходит объём напряжения работы тринистора. Правда, во втором случае потребуется воздействие импульса положительной полярности между Уэ и К.

При постоянной подаче питающего напряжения тиристор может быть открыт бесконечно долго.

Чтобы перевести его в закрытое состояние, можно:

  • Снизить уровень напряжения между А и К до нуля;
  • Понизить значение А-тока таким образом, чтобы показатели силы тока удержания оказались больше;
  • Если работа цепи построена на действии переменного тока, выключение прибора произойдёт без постороннего вмешательства, когда уровень тока сам снизится до нулевого показания;
  • Подать запирающее напряжение на Уэ (актуально только в отношении запираемых разновидностей полупроводниковых устройств).

Состояние закрытости тоже длится бесконечно долго, пока не возникнет запускающий импульс.

Конкретные способы управления

  • Амплитудный.

Представляет собой подачу положительного напряжения изменяющейся величины на Уэ. Открытие тиристора происходит, когда величины напряжения довольно, чтобы пробиться через управляющий переход тока спрямления (Iспр.). При помощи изменения величины напряжения на Уэ, появляется возможность изменения времени открытия тиристора.

Главный недочёт этого метода — сильное влияние температурного фактора. Кроме того, для каждой разновидности тиристора потребуется резистор другого вида. Этот момент не добавляет удобства в эксплуатации. Помимо этого время открытия тиристора возможно корректировать лишь пока длится первая 1/2 положительного полупериода сети.

  • Фазовый.

Заключается в смене фазы Uупр (в соотношении с напряжением на аноде). При этом применяется фазовращательный мост. Главный минус — малая крутизна Uупр, поэтому стабилизировать момент открытия тиристора можно лишь ненадолго.

  • Фазово-импульсный.

Рассчитан на преодоление недостатков фазового метода. С этой целью на Уэ подаётся импульс напряжения с крутым фронтом. Данный подход в настоящее время наиболее распространён.

Тиристоры и безопасность

Из-за импульсности своего действия и наличия обратного восстановительного тока тиристоры очень сильно повышает риск перенапряжения в работе прибора. Помимо этого опасность перенапряжения в зоне полупроводника высока, если в других частях цепи напряжения нет вовсе.

Поэтому во избежание негативных последствий принято использовать схемы ЦФТП. Они препятствуют появлению и удержанию критический значений напряжения.

Двухтранзисторная модель тиристора

Из двух транзисторов вполне можно собрать динистор (тиристор с двумя выводами) или тринистор (тиристор с тремя выводами). Для этого один из них должен иметь p-n-p-проводимость, другой — n-p-n-проводимость. Выполнены транзисторы могут быть как из кремния, так и из германия.

Соединение между ними осуществляется по двум каналам:

  • Анод от 2-го транзистора + Управляющий электрод от 1-го транзистора;
  • Катод от 1-го транзистора + Управляющий электрод от 2-го транзистора.

Если обойтись без использования управляющих электродов, то на выходе получится динистор.

Совместимость выбранных транзисторов определяется по одинаковому объёму мощности. При этом показания тока и напряжения должны быть обязательно больше требуемых для нормального функционирования прибора. Данные по напряжению пробоя и току удержания зависят от конкретных качеств использованных транзисторов.

Трансформаторные ФИУ тиристоров

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6

Трансформаторные ФИУ применяются в схемах управления однооперационными тиристорами . Требования, предъявляемые к подобным схемам, обусловлены особенностями переключения структуры тиристора, параметрами цепи управления и нагрузкой преобразователя. Перечислим главные:

1. Для исключения локального перегрева структуры необходимо обеспечить минимально гарантированную начальную площадь включения тиристора. Это достигается подачей импульса управления с крутым фронтом нарастания тока (0.1…0.3 мкс) и минимально необходимой амплитудой, которая определяется типом тиристора (0.5…5 А).

2. Для гарантированного отпирания тиристора необходимо обеспечить минимальную длительность импульса управления (tp ~10 мкс).

3. В схемах с большой индуктивной нагрузкой, а также в выпрямительных устройствах, работающих на противонаправленных Э.Д.С., необходимо поддерживать на управляющем электроде тиристора длительные сигналы управления (до 1 мс) для обеспечения гарантированного включения.

4. Рабочая точка нагрузки управляющего электрода должна находиться в зоне оптимального управления (справочные данные) (рис. 2.21). Параметры управляющего сигнала, IG= 1 …5 А и VG = 5…20 В.

5. Характеристики трансформатора должны обеспечивать изоляцию между цепями управления и силовой частью (напряжение изоляции > 2.5 кВ).

6. ФИУ должен обеспечивать помехоустойчивость тиристорных схем.

Построение схемы ФИУ начинают с выбора импульсного трансформатора, (пункты 1, 2, 5).

Рис. 2.21

Компания «Semikron» предлагает импульсные трансформаторы серии SKPT с параметрами: — напряжение изоляции 2.5…4 кВ;

— выходное напряжение 5… 15 В;

— импульсный выходной ток 0.1…1 А;


— время нарастания фронта тока 0.3…5 мкс;

— ширина импульса на выходе 2.5…4 кВ;

— частота переключения 5… 10 кГц;

— вольт-секундный показатель 330…350 В-мкс.

Типовая схема трансформаторного ФИУ с ограничивающим резистором в первичной обмотке представлена на рис. 2.22.

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора определяется входной характеристикой цепи управления и прямым падением напряжения на открытом диоде. Для заданной длительности импульса управления нельзя превышать вольт-секундный показатель импульсного трансформатора.

Влияние индуктивности намагничивания проявляется в уменьшении амплитуды импульса управления с течением времени. На рис. 2.23 представлены осциллограммы тока и напряжения в первичной и выходной обмотке трансформатора.

В схемах с большой индуктивностью в цепи нагрузки рекомендуется использовать пакетный режим передачи импульсов, что позволяет увеличивать длительность импульса управления без насыщения трансформатора (рис. 2.24). Диод, включенный последовательно с входной цепью тиристора, поднимает порог отпирания ключа на величину напряжения смещения, что повышает помехоустойчивость схемы.

Дополнительные меры по защите от помех и наводок: (рис.2.25):

1. Параллельно входной цепи тиристора подключают RС-цепь, шунтирующую высокочастотные помехи.

2. Подключение к входной цепи осуществляют витыми парами и экранированными проводами.

3. Исключают использование общих линий связи между силовым выводом катода тиристора и выводом цепи управления.

4. Используют экранирующую изоляцию между обмотками трансформатора, что увеличивает индуктивность рассеяния. Используется последовательное или параллельное соединение тиристорных ключей, при этом применяется общий трансформатор с несколькими вторичными обмотками для управления группой тиристоров. Наиболее приемлемо параллельное соединение отдельных трансформаторов. При последовательном соединении тиристоров, т.е. при высоких анодных напряжениях, применение общего трансформатора невыгодно, так как при этом требование к напряжению изоляции определяется максимальным анодным напряжением всей группы последовательных ключей. С увеличением напряжения изоляции растет индуктивность рассеяния, что не позволяет обеспечить необходимый фронт импульса управления.

Поэтому на повышенных анодных напряжениях (более 6…10 кВ) применяется последовательное и каскадное соединение отдельных импульсных трансформаторов (рис. 2.26).

Последовательное соединение трансформаторов позволяет получить на всех ключах одинаковую форму тока управления.

Рис. 2.23

Рис. 2.24

Рис. 2.25 Рис. 2.26

Однако изоляция общего кабеля рассчитывается на максимальное напряжение, что увеличивает емкость связи между обмотками. В каскадном соединении трансформаторов паразитные емкости связи включаются последовательно, что обеспечивает повышение помехозащищенности ФИУ. Кроме этого, напряжение изоляции может выбираться в N раз меньше максимального анодного напряжения (где N – число последовательных ключей).


⇐ Предыдущая123456

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Мощный тиристорный преобразователь 12В в 220В (500Вт)

Описываемое устройство предназначено для преобразования постоянного напряжения 12 В в переменное от 200 до 500 В и может отдать в нагрузку мощность до 500 Вт. Схема преобразователя представлена на рис. 4.40. Частота выходного переменного напряжения определяется частотой импульсов автогенератора, выполненного на транзисторах VT1 и VT2. Этими импульсами через трансформатор Т1 управляются тиристорные ключи VD1 и VD2, которые попеременно подключают к источнику постоянного напряжения то одну, то другую половины первичной обмотки трансформатора Т2. К выводам 4-5 трансформатора Т2 подключается нагрузка. Качество работы преобразователя напряжения во многом зависит от правильного подбора емкости конденсатора С4. Конденсатор подобран правильно, если при колебаниях питающего напряжения в пределах ±10% обеспечено четкое попеременное закрывание ключей.

Применение разделительных конденсаторов С2 и СЗ повышает стабильность работы преобразователя. Резистор R3 предохраняет Источник питания от короткого замыкания в моменты переключения ключей. Частота выходного напряжения устройства при указанных данных равна 200 Гц.

Если предусмотреть возможность изменения частоты автогенератора (например, вместо автогенератора собрать регулируемый по частоте мультивибратор с усилителем мощности), то на выходе преобразователя можно получить напряжение с частотой 50….400 Гц, что позволит использовать его для плавного регулирования скорости вращения синхронных электродвигателей мощностью до 500 Вт.

Изменяя соответствующим образом число витков вторичной обмотки трансформатора Т2, можно получить на выходе преобразователя напряжения различной величины Трансформатор Т1 намотан на сердечнике Ш 16×10 и имеет обмотки: I — 2×40 витков ПЭВ-2-0,8, II — 2×10 витков ПЭВ-2-0,2 и III — 2×20 витков ПЭВ-2-0,2. Трансформатор Т2 намотан на сердечнике 11150×60 и имеет обмотки: I — 2×40 витков ПЭВ-2-3,0 и II — 800 витков ПЭВ-2-0,92. При таких данных выходное напряжение преобразователя составляет 400 В. Описание преобразователя приводится в .

Примечание редактора

Лавинные тиристоры ПТЛ-100 относятся к достаточно редким приборам, но в данной схеме допускается применение и более распространенных типов мощных тиристоров. Эти тиристоры также должны быть рассчитаны на коммутацию токов не менее 100 А.

В качестве замены можно предложить такие тиристоры на ток 100 А: Т151-100 или более старый Т100 (оба этих тиристора не относятся к классу лавинных), а вот из лавинных тиристоров доступны только более мощные. Это ТЛ171-250, ТЛ171-320 или ТЛ2-160, ТЛ2-200, ТЛ2-250. Есть еще высокочастотные тиристоры, в том числе и на 100 А, например, ТБ161-100, ТЧ100, ТЧИ100. Все эти мощные тиристоры, невзирая на их название, могут работать на частотах до 500 Гц.

Для выравнивания переменного тока в постоянный требуется использование специальных устройств. Тиристорный преобразователь частоты для индукционного нагрева применяется в различных областях промышленности для регулирования напряжения и прочих параметров электрической энергии.

Принцип работы и конструкция

Для преобразования нагрузки может использоваться тиристорный или транзисторный высоковольтный преобразователь на базе IGBT. Тиристорный частотный преобразователь (ТП, ТПР или ТПЧ) – это электрическое устройство для преобразования переменного тока в постоянный, регулирования его уровня и прочих характеристик. С его помощью можно уравнивать различные параметры электрических редукторов: скорость вращения в момент пуска, угол и прочие.

Фото – тиристорный уравнитель

Тиристорный преобразователь применяется для двигателя постоянного тока (ДПТ) вместе с системой автоматического регулирования (FR A700 в Mitsubishi Electric, Siemens Simoreg DC Master, Omron Yaskawa). Он имеет очень широкую область применения благодаря своим достоинствам:

  1. Высокий показатель КПД – до 95 % (к примеру, у модели ПН-500);
  2. Широкий спектр контроля. Его можно использовать для двигателя с мощностью от десятых киловатта до нескольких мегакиловатт;
  3. Способность выдерживать сильные импульсные нагрузки при включении электродвигателя в сеть;
  4. Высокие показатели надежности и долговечности;
  5. Точность в работе.

Но у такой системы есть определенные недостатки. В первую очередь – это низкий коэффициент мощности, который проявляется при глубоком регулировании производственных процессов. Компенсировать его можно при помощи дополнительных устройств. Кроме этого, мощный преобразователь вызывает помехи в электрической сети, что сказывается на работе чувствительного электро- и радиооборудования.

Конструкция:

  1. Трансформатор или реактор;
  2. Выпрямительные блоки;
  3. Дополнительный реактор, сглаживающий преобразование;
  4. Система защиты оборудования от перенапряжений.

Большинство современных преобразователей подключаются к трансформатору через реактор. Трансформатор в этой схеме является согласующим звеном между входящим и выходным напряжением, он уравновешивает разницу между ними. Помимо него, электросхема также включает в себя специальный сглаживающий реактор. Этот прибор необходим для нейтрализации определенных пульсаций, возникающих при выпрямлении и изменении типа тока. Но система не всегда включает в себя реактор, т. к. при достаточной индуктивности асинхронного двигателя в нем нет необходимости.

Агрегат пропускает через автономный инвертор (расположенный во входящем звене) первичную нагрузку. Они попадают в выпрямляющие блоки, установленные в выходном звене. Для подключения других индукционных потребителей используются специальные шины, которые помогают выравнивать питание в целой группе устройств.

Такой преобразователь бывает низкочастотный и высокочастотный. В зависимости от потребных частот и имеющихся параметров электричества подбирается нужная модель. Нужно отметить, что в станках, где используется трехфазный ток, применяется другой тип подключения. Однофазный переносит воздействия и преобразования, в то время как на преобразовании трехфазного тока теряется КПД.

Фото – преобразовательный пункт

Система используется в плавке металлов, сварочных работах, контроле кранового механизма и многих других производственных и технологических процессах. Применение такого принципа работы позволяет реализовать систему генератор-двигатель без использования генератора. Благодаря этому производится широкая регулировка частот вращения шпинделя даже на самых малых скоростях, настраиваются механические и другие характеристики электропривода и прочие параметры.

Разработка

Электрическая схема тиристорный преобразователь-двигатель (к примеру, КТЭ) для плавного переключения может быть двух видов:

  1. Однофазной;
  2. Многофазной.

В зависимости от типа исполнения варьируются соотношения расчетных единиц и принципы работы преобразователя.

Фото – нулевая схема трехфазного преобразования

На этом чертеже схематически показано изменение электрической энергии при работе тиристорного преобразователя в режиме выпрямителя и инвертора. В то же время, для мостовой схемы можно сделать такую же диаграмму, но только состоящую из двух нулевых. Именно она наиболее часто используется при проектировании преобразователя для станочного оборудования. Это происходит из-за того, что исходное фазовое напряжение в ней в два раза превышает фазовой напряжение (Udo) в нулевой схеме работы.

Фото – питание

Однофазная схема используется для контроля питания и работы привода машин с высоким индуктивным сопротивлением. Она работает в пределах мощности от 10 кВт до 20, намного реже – при больших мощностях. К примеру, подойдет для электрической печи, домашнего станка.

Фото – однолинейная схема

Трехфазная используется для оборудования, где требуется от 20 кВт для работы. К примеру, для синхронных приводов, двигателя крана и экскаватора. Еще одной популярной многофазной схемой контроля является шестифазная (Кемрон). Её проект предусматривает использование в конструкции уравнительного реактора, который направлен на контроль низкого напряжения и высокого тока. Этот силовой электрический прибор пропускает и преобразовывает электрическую энергию параллельным путем, а не последовательным (как большая часть аналогичных устройств). Его более сложно разработать своими руками, но степень надежности и эффективности значительно больше, нежели у однофазного тиристорного преобразователя. Но такой реверсивный контроллер имеет серьезный недостаток – его КПД менее 70 %.

Своими руками можно сделать собственный преобразователь, но многое зависит от используемой базы. Внизу дана схема, разработанная на основе Micro-Cap 9. Главной особенностью этой модели является необходимость в совместном моделировании различных узлов.

Фото – Схема тиристорного уравнителя

Видео: как работают тиристорные преобразователи

Техническое описание и обзор цен

Характеристики тиристорных преобразователей зависят от типа их исполнения и функциональных особенностей.

ТПЧ:

Параметры ТПЧ 320 800
Выходная мощность, кВт 320 800
Максимальная полная мощность, кВ-А 640 1250
Частота, Гц 50 50
Входящее напряжение, В 380 500
Максимальный ток, А 630 1000
КПД, % 94 94
Выходное напряжение, В 800 1000

ТПЕ-400/400-460:

Номинальный ток, А 400
Максимальный ток, А 800
Входящее напряжение, В 460
Габаритные размеры, мм 800x775x1637

ЭПУ-1-1-3447Е УХЛ4 (производитель заявляет, что этот преобразователь может работать в сложных условиях, повышенной пыльности и влажности):

Номинальный ток, А 25
Максимальный ток, А 100
Входящее напряжение, В 380

Но тиристорные преобразователи продаются не только по одной единице, но и в виде выпрямляющих комплексов (КТЭУ). Если единичный уравнитель при поломке нуждается в полном ремонте или демонтаже, то у комплекса производится замена вышедшего из строя оборудования. Такие системы используются как в приводах станков, так и в ЭКТ (комплектных тиристорных электроприводах).

Рассмотрим, какова цена тиристорного преобразователя ABB DCS400:

Город Цена, у. е.
Москва 100
Санкт-Петербург 100
Челябинск 95
Воронеж 98
Самара 95
Новосибирск 95
Ростов-на-Дону 98

Купить устройство можно в любом магазине электрических товаров, прайс-лист зависит от характеристик и типа исполнения.

Инверторный режим в трехфазном мостовом, тиристорном преобразователе. В каком диапазоне угла регулирования б возникает инверторный режим

2. Ответьте на два вопроса из приведенного списка. При ответах на вопросы 2.1-2.22 используйте литературу , при ответах на вопросы 2.23-2.36 используйте литературу

Инверторный режим в трехфазном мостовом тиристорном преобразователе. В каком диапазоне угла регулирования б возникает инверторный режим

Для управления коллекторными двигателями постоянного тока используются главным образом непосредственные тиристорные преобразователи переменного тока в постоянный, которые могут работать как в выпрямительном, так и в инверторном режимах. В первом случае энергия подводится к двигателю от сети, а во, втором — энергия, которую отдает двигатель, работающий в тормозном режиме, передается в сеть.

В зависимости от числа фаз переменного напряжения, которое подводится к вентилям, различают одно-, трех- и шестифазные схемы. В многофазных схемах вентили объединяются вместе либо катодами, либо анодами и образуют соответственно катодную или анодную вентильные группы. тиристор преобразователь напряжение ток

Схемы делятся на простые и сложные. Сложные состоят из нескольких простых, соединенных последовательно или параллельно.

Простыми схемами являются схема с нулевым выводом и мостовая схема.

В мостовых схемах имеются катодная и анодная группы вентилей. Нагрузка подключается между общими точками вентильных групп. Ток в каждой обмотке трансформатора дважды меняет направление в течение периода напряжения сети, и поэтому мостовые схемы относят к двухтактным.

Мостовые схемы, у которых одна вентильная группа выполнена на тиристорах, а вторая — на диодах, называются несимметричными, полууправляемыми или схемами с неполным числом управляемых вентилей. Мостовые схемы, содержащие только управляемые вентили (тиристоры), называются симметричными, полностью управляемыми или просто мостовыми.

Работая в выпрямительном режиме, преобразователь передает двигателю энергию из сети. При этом ток преобразователя и его средняя ЭДС совпадают по направлению. Для торможения привода и ускорения переходных процессов часто используется инверторный режим, при котором постоянный ток якоря преобразовывается в переменный ток с частотой сети и в сеть передаётся кинетическая энергия движущихся масс, энергия, запасенная в индуктивностях, или мощность, поступающая на вал двигателя от производственного механизма. В инверторном режиме ток и средняя ЭДС преобразователя направлены встречно. Источником тока в режиме инвертирования является э. д. с. нагрузки (машины постоянного тока, индуктивности), которая должна превышать напряжение инвертора. Поскольку вентильные свойства тиристоров не позволяют изменить направление тока преобразователя, то для инвертирования необходимо изменить направление Ed.

В инверторном режиме ток может быть как непрерывным, так и прерывистым.

В состав мостового преобразователя (рис. 19) входят две группы вентилей — катодная IASI, IAS3, FS5 и анодная VS2, У54, У56, трансформатор или m токоограничивающих реакторов LR1, LR2, LR3 и система импульсно-фазового управления (на рис. 19 не показана).

Перевод тиристорного преобразователя из выпрямительного режима в инверторный достигается изменением полярности э. д. с. нагрузки и увеличением угла б выше р/2 при индуктивной нагрузке.

3. Постройте временные диаграммы напряжений и токов тиристорного преобразователя в режиме непрерывного тока (угол регулирования а=70, угол коммyтaции г=30, схема выпрямления — мостовая).

Инверторным режимом тиристорного преобразователя называется режим пере­дачи энергии из цепи постоянного тока в питающую сеть переменного тока. Инвертор­ный режим возникает при работе выпрямителя на обмотку возбуждения и якорь ма­шины постоянного тока.

При работе управляемого выпрямителя на обмотку возбуждения двигателя в кривой вы­прямленного напряжения присутствуют отрицательные участки синусоиды фазного напряжения (см. рис. 3.1, д, например, в интервале θ2 – θ3). Площади этих участков со­от­ветствуют электромагнитной энергии, отдаваемой обмоткой возбуждения в питаю­щую сеть. При углах управления α < π/2 в среднем за интервал проводимости тири­стора на­пряжение на нагрузке положительно, что и определяет этот режим как режим выпрям­ления. При α = π/2 среднее значение выпрямленного напряжения становится равным нулю, что эквивалентно замыканию обмотки возбуждения накоротко. При α > π/2 (см. рис. 3.1, д), площадь отрицательных полуволн фазного напряжения превы­шает площадь положительных полуволн, в связи с чем среднее выходное напря­жение преобразователя Ud становится отрицательным. Это следует также из формулы (3.3) при подстановке в нее значения α > π/2.

Электромагнитная энергия, запасенная в обмотке возбуждения в предшествую­щем выпрямительном режиме, отдается через трансформатор в сеть переменного тока. Токи через тиристоры проходят в прежнем направлении за счет ЭДС самоиндукции (см. рис. 3.1, а, полярность в кружках). Однако в отличие от выпрямительного режима тиристоры, например VS1, проводят уже в отрицательный полупериод сетевого напря­жения (см. рис. 3.1, д, промежуток θ4 – θ2). Причем, так как величина напряжения uL, со­ответствующая ЭДС самоиндукции, больше напряжения u2ф (см. рис. 3.1, а, полярность в кружках), катод оказывается более отрицательным, чем анод и, следовательно, сум­марное напряжение на тиристоре uVS положительно, что обусловливает его проводящее состояние после прихода запускающего импульса.

Мгновенное значение мощности вторичной обмотки трансформатора равно:

Так как по сравнению с выпрямительным режимом ток i2 протекает по обмотке в отри­цательный полупериод u2ф, мощность вторичной обмотки меньше нуля (P2 < 0), что означает инвертирование в питающую сеть электромагнитной энергии обмотки возбуждения. Из рис. 3.1, а видно, что инвер­тируемый ток (см. рис. 3.1, д, например, в интервале θ4 – θ3) равен:

,

где R – сопротивление контура инвертируемого тока.

Напряжение на выходе преобра­зователя ud направлено встречно uL, поэтому ud и соответственно Ud называют противоЭДС инвертора. Поскольку тиристоры в данном случае, как и в режиме выпрям­ления, коммутируются за счет напряжения сети, преобразователь в режиме инвертиро­вания называют инвертором, ведомым сетью, или зависимым инвертором (инвертор с естест­венной коммутацией). Аналогично работа инвертора происходит и в случае мно­гофаз­ных схем.

При якорном регулировании скорости и момента МПТ инверторный режим пре­образователя широко используется для осуществления рекуперативного (с отдачей энергии в сеть) торможения двигателей. Для лучшего усвоения принципов инвертиро­вания рассмотрим аналогичный режим при работе двигателя от генератора постоянного тока (систему Г – Д) (рис. 7.1, а). Генератор Г приводится во вращение асинхронным

двигателем АД. Напряжение на двигателе (Uг) регулируется изменением тока в обмотке возбуждения генератора ОВГ. Ток в обмотке возбуждения двигателя ОВД считаем не­изменным. Под действием напряжения Uг и противоЭДС двигателя (Eдв) по якорной цепи протекает ток Iг определяемый из соотношения:

, (7.1)

где Rя – суммарное сопротивление якорной цепи.

При работе двигателя Д в двигательном режиме напряжение Uг > Eдв и то
к Iг > 0. Направление тока совпадает с направлением Uг. Для перевода двигателя в режим реку­перативного торможения необходимо, чтобы ток якорной цепи Iг изменил свой знак. Из выражения (7.1) следует, что этого можно достигнуть при Eдв > Uг за счет снижения напряжения генератора или увеличения ЭДС двигателя. Не останавливаясь на способах реализа­ции указанных условий, рассмотрим принципиальную сторону вопроса.

Когда ЭДС двигателя превышает напряжение генератора, двигатель превращается в генератор и от­дает энергию в главную цепь системы. Ток Iг, совпадает уже с направлением Едв (рис. 7.1, а). Генератор Г, получая энергию от двигателя, передаст ее в виде механической энергии асинхронному двигателю АД, заставляя его вращаться со скоростью выше синхронной. Двигатель АД превращается в генератор и отдает энергию в сеть перемен­ного тока.

Рассмотрим теперь возможность получения режима рекуперации в системе «ти­ристорный преобразователь – двигатель» (система ТП – Д) (рис. 7.1, б). В данном слу­чае в формулу (7.1) вместо Uг нужно подставить среднее значение напряжения на вы­

ходе тиристорного преобразователя (Ud). При работе двигателя Д в двигательном режиме преобра­зователь работает в выпрямительном режиме, и Ud > Eдв, якорный ток двигателя совпа­дает по направлению с выпрямленным напряжением Ud. Для получения режима реку­перации необходимо условие Ud > Eдв, тогда согласно формуле (7.1) ток будет отрицательным, а момент на валу двигателя – тормозным. Часто этот режим называют генераторным торможением с рекуперацией энергии в сеть.

Попытаемся изменить полярность ЭДС Eдв, чтобы ток Iг имел возможность протекать через тиристоры преобразователя, который продолжает работать в выпрями­тельном режиме (см. рис. 7.1., б, полярность Едв в скобках). В этом случае напряжение Ud и ЭДС Eдв совпадают по направлению, а ток Iг определяется их суммой (44) и имеет прежнее направление, как в двигательном режиме. Двигатель переходит в режим про­тивовключения и начинает тормозиться. Энергия, потребляемая двигателем, рассеива­ется в виде потерь в элементах схемы.

Для осуществления инверторного режима преобразователя (рекуперативного режима двигателя) необходимо при перемене полярности ЭДС Едв изменить направ­ление напряжения преобразователя Ud, что достигается увеличением угла регулирова­ния α > π/2. В этом случае тиристоры будут проводить в период отрицательной полу­волны синусоиды фазного напряжения трансформатора. Поскольку направление тока Iг и фазных токов вторичной обмотки осталось прежним, мощность, определяемая произ­ведением фазных токов и напряжении, изменит знак, т.е. преобразователь будет рабо­тать в режиме инвертора, осуществляя рекуперацию энергии в питающую сеть.

На рис. 7.2, а изображена форма противоЭДС инвертора и ud при двух значениях угла управления. Противоэдс двигателя Едв условно показана ниже оси абсцисс в виде прямой линии, так как ее величина практически не изменяется за период пульсации выходного напряжения инвертора. Из рис. 7.2, а следует, что открывание тиристоров происходит при отрицательных полуволнах напряжения. Разность между ЭДС двига­теля и мгновенным значением ud показана штриховкой. Сумма падений напряжений в главной цепи и в тиристорах (ΔU) равна разности ЭДС и среднего значения Ud.

Вме­сто угла регулирования (запаздывания) α для характеристики инверторного режима ис­пользуют угол опережения β, отсчитываемый влево от точки естественной коммутации тиристоров (рис. 7.2). Между углами α и β существует зависимость, которая описывается соотношением:

β = π – α . (7.2)

Значение β подбирается так, чтобы Eдв > Ud.

Выражения для регулировочных характеристик зависимого инвертора в различ­ных схемах получают из соответствующих характеристик управляемого выпрямителя при подстановке в них вместо α значения β, определяемого из формулы (7.2). В противо­положность выпрямительному инверторный режим может быть реализован только в схемах с тиристорами. Если принудительного включения последующего тиристора не произойдет (см. рис. 7.2, а, например, VS2), то предыдущий тиристор VS1 продолжает проводить и после точки естественной коммутации Kи1 (показано стрелками), так как ток через него по

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *