Управляемых выпрямителей

Энергетические характеристики управляемого выпрямителя определяются следующими зависимостями:

□ зависимости среднего, эффективного и максимального тока тиристора от

среднего тока нагрузки ( );

□ зависимости полной и активной мощности по первой гармонике,

потребляемой УВ из сети от средней мощности в нагрузке

( );

□ зависимость потерь в тиристоре от средней мощности в нагрузке

Управляемый выпрямитель отрицательно влияет на питающую сеть переменного тока. Во-первых, он потребляет из сети несинусоидальный ток. Во-вторых, он сдвигает фазу потребляемого тока относительно питающего напряжения. Несинусоидальность тока может быть охарактеризована коэффициентом гармоник (ТНD-Total Harmonic Distorsion)

, (3.8)

Силовые полупроводниковые преобразователи с коммутацией от сети 243

где - эффективные значения тока первой и т. д. гармоник, - эффективный ток всех высших гармоник.

Фазовый сдвиг зависит от угла управления управляемым выпрямителем и несинусоидальности тока потребления. Поэтому коэффициент мощности УВ

определяется следующим образом. Первую гармонику тока можно разложить на активную и реактивную составляющие. Если принять, что напряжение сети синусоидально, тогда отдельные составляющие мощности для трёхфазных схем определятся следующими выражениями:

□ полная мощность, потребляемая из сети

□ полная мощность по первой гармонике

□ активная мощность по первой гармонике ;

□ реактивная мощность по первой гармонике ;

□ мощность искажений D = .

Все перечисленные характеристики являются функцией среднего тока нагрузки УВ, который в общем случае определяется выражением

. (3.9)

Силовые полупроводниковые преобразователи с коммутацией от сети 244

9.4.5. Ведомые сетью инверторы

Рис. 9.4.13. Двухполупериодная схема однофазного

ведомого инвертора

Силовые полупроводниковые преобразователи с коммутацией от сети 246

отпирания тиристоров осуществляется поочерёдное подключение вторичных обмоток трансформатора через дроссель к источнику постоянного тока (см. рис. 9.4.13 а), благодаря чему достигается, во-первых, преобразование постоянного тока в переменный ток и во-вторых, передача энергии в сеть.

Указанному режиму отпирания тиристоров при инвертировании соответствует (на рис. 9.4.13 г) значение угла управления , отсчитываемого в направлении запаздывания относительно точек естественного отпирания вентилей (0, , 2 и т. д.).

Запирание ранее проводившего тиристора при отпирании очередного тиристора в ведомом инверторе осуществляется под действием обратного напряжения, создаваемого напряжением сети со стороны вторичных обмоток трансформатора (чем главным образом и обуславливается название инвертора – «ведомый» или «ведомый сетью»). Очевидно, к ранее проводившему тиристору при отпирании очередного тиристора будет приложено обратное напряжение (равно сумме напряжений двух вторичных обмоток) только в этом случае, если очередной тиристор отпирается в момент, когда на подключённой к нему обмотке действует напряжение положительной полярности. Иными словами, реальное значение угла при работе инвертора, исходя из условия запирания тиристоров, должно быть меньше на некоторый угол (рис. 9.4.13 е), т. е. = - . Если же очередной тиристор отпирать при = , то условие для запирания ранее проводившего тиристора не будет выполнено. Этот тиристор останется в открытом состоянии, создав короткое замыкание цепи с последовательно включёнными вторичными обмотками трансформатора и источником постоянного тока. Такое явление называют срывом инвертирования или опрокидыванием инвертора.

Угол , отсчитываемый влево от точек естественного отпирания , 2 ….., называют углом опережения отпирания тиристоров. С углом задержки отпирания он связан соотношением

= - (3.9)

или

+ = (3.10)

Таким образом, для перевода схемы из режима выпрямления в режим инвертирования необходимо обеспечить протекание тока через тиристоры преимущественно при отрицательной полярности вторичных напряжений, проводя их отпирание с углом опережения .

Электромагнитные процессы в схеме однофазного ведомого сетью инвертора с учётом коммутационных процессов показаны на рис. 9.4.14.

247 Электронные аппараты

На рис. 9.4.14 а приведены кривые вторичных напряжений трансформатора, а на рис. 9.4.14 б – сигналы управления тиристорами.

На интервале 0 - (рис. 9.4.14 а) проводит тиристор Т2. Его анодный ток (рис. 9.4.14 д), равный току , протекает под действием э.д.с. источника постоянного тока через вторичную обмотку трансформатора навстречу напряжению . Полуволна напряжения отрицательной полярности определяет на этом интервале напряжение инвертора.

По окончании интервала , т. е. с опережением на угол относительно точки , подачей управляющего импульса отпирается тиристор Т1. Ввиду наличия реактивных сопротивлений и в анодных цепях тиристоров наступает коммутационный процесс перехода тока с тиристора Т2 на тиристор Т1, длительность которого определяется углом . Как и в выпрямителе, этот процесс протекает под воздействием тока в контуре с обоими проводящими тиристорами. По окончании коммутации = 0, а = .

В последующем процессы, протекающие в схеме, связаны с чередованием коммутационных интервалов, когда ток проводят оба тиристора, и интервалов одиночной работы тиристоров. В связи с тем. Что используются участки синусоид , , соответствующие преимущественно отрицательным полуволнам, среднее значение напряжения инвертора имеет полярность, противоположную режиму выпрямления (рис. 9.4.14 а).

Кривая напряжения на тиристоре (рис. 9.4.14 е) определяется суммой напряжений вторичных обмоток трансформатора. Максимальное прямое напряжение равно , а обратное - . Длительность действия обратного напряжения на тиристоре, определяемая углом - или соответствующим ему временем , не должна быть меньше величины , необходимой для восстановления запирающих свойств тиристора, ( - паспортное время восстановления запирающих свойств тиристора; - частота питающей сети).

Кривые напряжения сети и отдаваемого в сеть тока приведены на рис. 9.4.14 ж. Амплитуда тока равна , где - коэффициент трансформации трансформатора На этапах коммутации ток определяется разностью токов вступающего в работу и завершающего работу тиристоров.

Если принять = 0, то в соответствии с рис. 9.4.14 а для модуля напряжение будет справедливо соотношение

.

Силовые полупроводниковые преобразователи с коммутацией от сети 248

Рис. 9.4.14. Электромагнитные процессы в схеме

ведомого инвертора

Отсюда

(3.11)

или

, (3.12)

где

. (3.13)

249 Электронные аппараты

Энергетические характеристики ведомых сетью инверторов идентичны с характеристиками управляемых выпрямителей.

9.4.6. Высшие гармонические первичного тока