Внешние характеристики тиристорного преобразователя

Процессы в силовой цепи «управляемый выпрямитель – двигатель» отличаются большой сложностью [8], так как в якорной цепи двигателя, помимо активного сопротивления R, имеется индуктивность L и ЭДС двигателя . Поэтому примем следующие допущения:

ЭДС двигателя ;

внутреннее прямое падение напряжения открытого вентиля DU_в постоянно и не зависит от протекающего через него тока;

индуктивная и активная составляющие сопротивлений якорной цепи постоянны.

При подаче управляющего сигнала с соответствующим углом регулирования a тиристор открывается и в силовой цепи формируется импульс тока i. Значение угла a должно лежать в пределах a < a > a . Для углов a, не удовлетворяющих этому условию, открывание тиристора не происходит, поскольку текущее значение напряжения

, (3.8)

В течение интервала протекания тока для цепи справедливо уравнение

, (3.9)

где – угловая скорость источника переменного тока; υ = w_с t.

Эпюра выпрямленного напряжения на якоре двигателя U_d = f (υ, a) изображена на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Диаграммы напряжений и токов в системе ТП – Д
с однофазным преобразователем

Благодаря наличию ЭДС самоиндукции, импульсы тока не заканчиваются при переходе сетевого напряжения через нуль, поскольку на аноде вентиля по отношению к катоду сохраняется положительное напряжение. Таким образом, угол работы открытого вентиля

, (3.10)

где – угол запирания (закрывания) вентиля.

Эффективным средством уменьшения диапазона действия режима прерывистых токов является увеличение фазности и тактности (пульсности) схемы управляемого выпрямителя (рис. 3.7). Это уменьшает длительность работы каждого вентиля в многофазных преобразователях до υ_в =
= 2p/(mg), где m – фазность; g – тактность схемы (ее пульсность).

Среднее значение выпрямленной ЭДС определим по формуле

, (3.11)

где – максимальное значение выпрямленной ЭДС при a = 0.

а б в

Рис. 3.7. Диаграммы напряжений и выпрямленного тока в схеме ТП – Д
с трехфазной нулевой схемой преобразователя

В свою очередь

, (3.12)

где – действующее значение фазной ЭДС вторичной обмотки трансформатора при и линейной ЭДС при .

На рис. 3.8 представлена эквивалентная схема замещения системы ТП – Д.

Рис. 3.8. Эквивалентная электрическая схема системы ТП – Д

Согласно эквивалентной схеме (рис. 3.8) определим среднее выпрямленное напряжение преобразователя, В,

, (3.13)

где – прямое падение напряжения на тиристорах при
номинальном токе (справочные данные), В; – тактность выпрямителя; – падение напряжения на активных сопротивлениях трансформатора; – падение напряжения, обусловленное процессом коммутации вентилей.

Определение этих падений напряжений, вследствие зависимости параметров электрической цепи системы от многих факторов, представляет собой сложную задачу. Однако благодаря принятым ранее допущениям, которые не вносят существенных погрешностей в расчеты, ее можно упростить.

Падение напряжения на активных сопротивлениях трансформатора:

, (3.14)

где g – угол коммутации при заданном значении a найдем в виде

, (3.15)

Рис. 3.9. Внешние характеристики тиристорного преобразователя
для режима непрерывного тока (a < a < a < a < a )

По уравнению (3.13) для режима непрерывного тока построены
(рис. 3.9) внешние характеристики преобразователя .

Если угол g не превышает 20–30°, то gmg << 4p, и поэтому часто принимают

. (3.16)

Падение напряжения, обусловленное процессом коммутаций вентилей, вычислим по известной формуле

. (3.17)

Полученные выражения позволяют перейти к расчету механических характеристик.