Основные характеристики тиристорного преобразователя и системы ТП-Д

Основными характеристиками ТП являются регулировочная характеристика (характеристика управления) и внешняя характеристика ( см. рис. 6.3).

Выпрямленная ЭДС преобразователя является функцией угла регулирования , который отсчитывается от точки естественного включения вентилей ( см. рис. 6.8).

Рис. 6.8. Зависимость , для трёхфазной нулевой схемы выпрямления

В режиме непрерывного тока выпрямленная ЭДС (среднее значение) может быть определена по уравнению

, (6.5)

а после интегрирования (6.5) ЭДС преобразователя равна

, (6.6)

где - максимальное значение ЭДС преобразователя при

; (6.7)

– амплитудное значение вторичной фазной ЭДС трансформатора (сети при реакторном варианте силовой цепи преобразователя);

– действующее значение фазной ЭДС;

– начальная фаза, соответствующая точке естественного включения тиристора в работу;

– число фаз выпрямления;

– угловая частота питающего напряжения;

– коэффициент схемы выпрямления.

Для трёхфазной нулевой схемы выпрямления ; для мостовой , так как трёхфазная мостовая схема является двухполупериодной. Для трёхфазной мостовой схемы выпрямления при определении удобнее использовать линейное (т.е. межфазное) напряжение трансформатора (сети) . Тогда для этой схемы выражение для определения ЭДС имеет вид

. (6.8)

Кроме того, для шестипульсной мостовой и эквивалентной двенадцатипульсной схем выпрямления с параллельным соединением мостов можно воспользоваться формулой

, (6.9)

а для эквивалентной двенадцатипульсной схемы с последовательным соединением мостов

, (6.10)

где - амплитуда линейного напряжения вторичной ЭДС каждого моста.

Изменение угла управления , т.е. регулирование выпрмленной ЭДС , осуществляется с помощью системы импульсно – фазового управления СИФУ, являющейся основной частью СУ тиристорного преобразователя. Принципиальная схема СИФУ представлена на рис. 6.9.

Рис. 6.9. Принципиальная схема СИФУ

СИФУ преобразует непрерывный входной сигнал управления в фазовый сдвиг управляющего импульса , формируемого генератором импульсов ГИ и отсчитываемый от момента естественного от­пирания тиристоров. СИФУ современных тиристорных преобразователей являются полупроводниковыми с вертикальным принципом управления, который заключается в сравнении опорного напряжения генератора переменного напряжения ГОН, определенным образом сфазированного с силовым напряжением, с напряжением , поступающим из системы автоматического управления (САУ) электроприводом. Формирование управляющего импульса в ГИ производится в момент изменения зна­ка разности указанных напряжений. При изменении управляющего напряжения импульсы сдвигаются относительно опорного напряжения и, следовательно, относи­тельно напряжения силовой схемы.

Вид фазовой характеристики СИФУ полностью определяется фор­мой опорного напряжения. На рис. 6.10 для фазы "а" показано пилообразное опорное напряжение с линейно-нарастающим рабочим участком a- б. Значение начального угла устанавливается напряжением смещения на входе СИФУ. При увеличении действующего встречно смещению входного сигнала угол управления уменьшается. Если изменению угла соответствует изменение напряжения на выходе генератора опорного напряжения ГОН, равное , то на основании соотно­шения

можно записать выражение, связывающее угол с сигналом управления СИФУ

. (6.11)

Рис. 6.10. Принцип изменения управляющих импульсов СИФУ при опорном пилообразном напряжении

Фазовая и регулировочная характеристики СИФУ с пилообразным опорным напряжением приведены на рис. 6.11.

Рис. 6.11. Фазовая (а) и регулировочная (б) характеристики ТП с пилообразным опорным напряжением СИФУ в режиме непрерывного тока (пунктиром при >90°)

При опорном синусоидальном напряжении (см. рис. 6.12) с амплитудой , проходящем через нуль при =90°, угол управления определяется как

, (6.12)

где .

Фазовая и регулировочная характеристики тиристорного преобразователя с синусоидальным опорным напряжением СИФУ в режиме непрерывного тока приве­дены на рис. 6.13.

Регулировочная характеристика может быть получена при подста­новке в (4.1) значения угла регулирования :

- при пилообразном опорном напряжении

, (6.13)

Рис. 6.12. Принцип изменения фазы управляющих импульсов СИФУ при опорном синусоидальном напряжении

в частном случае при

; (6.14)

- при синусоидальном опорном напряжении

(6.15)

или

, (6.16)

в частном случае при

. (6.17)

Рис. 6.13. Фазовая (а) и регулировочная (б) характеристики ТП с синусоидальным опорным напряжением СИФУ в режиме непрерывного тока (пунктиром при >90˚)

В СИФУ предусматривается ограничение минимального и максималь­ного углов регулирования, фазировка в соответствии с группой соединения сило­вого питающего трансформатора с дискретностью 30 эл.град, а также установка на­чального угла согласования .

Техническая характеристика СИФУ дается в каталожной и справочной ли­тературе, а фазовые и регулировочные характеристики могут быть построены по вышеприведенным формулам.

Внешняя характеристика ТП в режиме непрерывного тока в соответствии со схемой замещения системы ТП-Д (рис. 6.14) может быть представлена следующим уравнением

, (6.18)

где - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, для нулевых схем = 1, для мостовых =2;

активное сопротивление питающей фазы;

индуктивное сопротивление питающей фазы.

Рис. 6.14. Схема замещения системы ТП-Д в режиме непрерывного тока

В трансформаторном варианте сопротивления и равны соответственно сопротивлениям трансформатора . и , приведённым к вторичной обмотке трансформатора.

Величины этих сопротивлений могут быть определены по следующим фор­мулам.

Полное сопротивление трансформатора

или

,

где - напряжение короткого замыкания трансформатора, значения приводятся в технических данных трансформаторов, (5-10%);

, - номинальные напряжения первичной и вторичной обмоток;

- коэффициент трансформации трансформатора.

Активное сопротивление трансформатора

или

,

где - потери к.з. трансформатора (приводятся в технических данных трансформатора), Вт.

Индуктивное сопротивление трансформатора

.

В реакторном варианте преобразователя , равны соответственно актив­ному и индуктивному сопротивлениям токоограничивающего реактора, технические данные которого приводятся в справочниках или каталогах.

Внешние характеристики преобразователя в области непрерывных токов в соответствии с выражением (6.18), представляют собой прямые, показанные на рис. 6.15 сплошными линиями.

При работе тиристорного преобразователя на якорь двигателя (индуктивная нагрузка с противоЭДС Е) режим прерывистого тока может наблюдаться во всём ре­гулируемом диапазоне. При этом ЭДС преобразователя и ток являются функциями угла проводимости тока .

; (6.19)

, (6.20)

где - амплитуда фазной ЭДС вторичной обмотки трансформатора для простых ненулевых схем выпрямления, амплитуда линейной ЭДС для мостовых схем выпрямления;

- число пульсаций выпрямленной ЭДС за период переменного напряжения: для простых нулевых схем, для мостовых схем выпрямления;

- индуктивность питающей фазы;

- индуктивность нагрузки.

Расчёт внешней характеристики преобразователя в режиме прерывистого тока может быть проведён с помощью зависимостей (6.19) и (6.20) с использованием как параметра при постоянных значениях . На рис. 6.15 внешние характеристики в режиме прерывистого тока нелинейные.

При имеет место гранично-непрерывный режим, для которого:

;(6.21)

. (6.22)

Эти уравнения получены из (6.19, 6.20) при пренебрежении падением на­пряжения на активном сопротивлении питающей фазы .

Граничные точки внешних характеристик преобразователя в соответствии с (6.21 и 6.22) лежат на дуге эллипса, смещенного по оси ординат на величину (см. рис. 6.15).

При нулевом значении тока нагрузки напряжение преобразователя достигает своего максимального значения, которое зависит от угла и определяется следую­щим образом:

при ;

при > .

Следует отметить, что при некоторой минимальной величине ЭДС двигателя оказывается равной мгновенному значению напряжения питания тири­стора, вступающего в работу. Очевидно, что при значениях угла, меньших воз­можен только прерывистый режим тока. Величина зависит от фазности преобразователи и при =20 41’, а при =10 ’.