Материал: Элементы систем автоматического управления. Кириллов Ю.В

Среднее значение напряжения на нагрузке U_H=U_d1 = U_d2=2,34E₂, где Е₂— действующее значение фазового напряжения на вторичных обмотках трансформатора. Как и в трехфазном мостовом выпрямителе, в схеме рис. 6.16,6 U_обр=1,05U_н. Качество выходного напряжения в схемах c параллельным и последовательным соединением мостов (рис. 5.3) идентично.

Рис. 5.4. Временные диаграммы напряжений и токов в двенадцатипульсных выпрямителях

На рис. 5.4 показаны также токи вторичных обмоток обоих комплектов (они имеют одинаковую форму в каждой из схем рис. 5.3. При соединении вторичных обмоток в звезду ток i₍₂₎₁ соответствует мостовой схеме. Ток в обмотках, соединенных в треугольник, имеет прямоугольную форму, показанную на рис. 5.4 (ток i₂₍₂₎ ). В первичную обмотку трансформируется сумма токов обеих вторичных обмоток. Временная диаграмма тока i₁ приведена на рис. 5.4; она представляет собой ступенчатую фигуру, больше приближающуюся к синусоиде, чем первичные токи ранее рассмотренных преобразователей. Поэтому 12-пульсные преобразователи по отношению к сети являются нагрузкой, свойства которой близки к линейной, что является преимуществом схемы.

Таким образом, в составных 12-пульсных преобразователях рис. 5.3 достигается не только увеличение мощности, отдаваемой в нагрузку по сравнению с мощностью одного комплекта, но и улучшается гармонический состав выходного напряжения и тока, потребляемого из сети. Эти преимущества обусловили весьма широкое применение составных 12-импульсных преобразователей в области больших мощностей.

В таблице обобщены сведения о вентильных преобразователях различных типов.

Основные показатели выпрямителей даны при RL-нагрузке, .

*Указано число вентилей (без последовательного и параллельного соединения)

6. Узлы коммутации однооперационных тиристоров

Различают узлы параллельной и последовательной коммутации. В обоих случаях для выключения тиристора к нему прикладывают обратное напряжение, под действием которого прекращается анодный ток тиристора и восстанавливаются его запирающие свойства. Источником коммутирующего напряжения обычно является конденсатор, предварительно заряженный с нужной полярностью.

При параллельной коммутации конденсатор через замыкающий ключ подключается либо параллельно силовому тиристору (рис.6.1, а), либо параллельно нагрузке (рис. 6.1,б). При подключении конденсатора

Рис. 6.1. Основные способы подключения коммутирующего конденсатора к тиристору

параллельно тиристору напряжение на тиристоре во время коммутации , а напряжение на нагрузке и_а=Е+и_с. При подключении конденсатора параллельно нагрузке анодное напряжение тиристора , а напряжение на нагрузке . В обоих случаях напряжение на нагрузке зависит от напряжения на конденсаторе, которое будет изменяться в зависимости от тока нагрузки.

При последовательной коммутации напряжение коммутирующего конденсатора вводится в цепь последовательно с тиристором, например, если конденсатор включается параллельно дросселю (рис. 6.1, в). Тиристор на интервале коммутации оказывается под обратным напряжением , а напряжение на нагрузке . Контур перезарядка конденсатора не включает нагрузку, поэтому напряжение на нагрузке при последовательной коммутации не зависит от процессов на интервале коммутации, т. е. от условий перезаряда конденсатора.

На рис, 6.2, а приведена схема простейшего тиристорного импульсного преобразователя постоянного напряжения с узлом параллельной коммутации, в котором коммутирующий конденсатор С_к подключается параллельно нагрузке. В коммутирующий узел силового тиристора входит конденсатор С_к, коммутирующий тиристор и цепь для колебательного заряда конденсатора, состоящая из дросселя и диода V. Нужные для коммутации вентиля полярность и величина напряжения на конденсаторе С получаются после включения при тиристора V_c, когда по контуру V_c-V-L_K- С_к происходит заряд конденсатора С_к до напряжения (рис. 6.2). При этом к нагрузке прикладывается напряжение . Кроме тока нагрузки , через тиристор при его включении протекает ток заряда конденсатора (рис. 6.2, а), по форме близкий к полуволне синусоиды (заряд конденсатора имеет колебательный характер): Для выключения тиристора V_c подаем в момент импульс управления на тиристор . При его включении напряжение на нагрузке становится равным напряжению заряженного конденсатора С_к , а к тиристору V_c прикладывается обратное напряжение, равное .

Рис. 6.2. Схема и временные диаграммы токов и напряжений узла принудительной коммутации тиристора при линейном перезаряде конденсатора

Ток через тиристор V_a прекращается, а ток нагрузки замыкается по цепи . Конденсатор перезаряжается током нагрузки, а так как этот ток из-за большой индуктивности хорошо сглажен, то напряжение на конденсаторе и_с и тиристоре изменяется по линейному закону. Тиристор V₀ за время существования обратного напряжения восстанавливает свои запирающие свойства.

После окончания разряда конденсатора при ток становится равным нулю, а ток нагрузки замыкается через шунтирующий диод V₀. Схема готова к формированию следующего импульса напряжения на нагрузке, В момент t₄ поступает импульс управления на тиристор Vc, опять отпирается V₀ и процессы в схеме повторяются.

За длительность импульса на нагрузке принимают время между управляющими импульсами, подаваемыми на силовой тиристор и коммутирующий тиристор (t₂) (рис. 6.2, б). Этот интервал соответствует длительности открытого состояния ключа, т.е. тиристора V_c. Обратное напряжение на тиристоре V_c поддерживается в течение интервала когда конденсатор С разряжается током нагрузки от Uco до Е. Имеем

Или

,

где в зависимости от потерь в зарядном контуре V₀-V-Lk-Ck. За это время t_B тиристор V_c должен восстановить свои управляющие свойства.

На рис. 6.3, а приведена более совершенная практическая схема импульсного преобразователя постоянного напряжения, в которой при коммутации конденсатор подключается параллельно силовому тиристору V_c. В узел коммутации входят коммутирующий конденсатор С_к, коммутирующий тиристор V_K и цепь для колебательного перезаряда конденсатора L_K, VI.

При подаче ЭДС Е конденсатор С_к через V1, L_K и нагрузочную цепь L_KR_н заряжается до напряжения и_с=Е с указанной без скобок полярностью. При на управляющий электрод тиристора V₀ поступает импульс управления . Тиристор V_c отпирается, и напряжение на нагрузке (верхняя диаграмма рис. 6.3., б) .

Для запирания V_c на управляющий электрод V_K в момент t₂ подается импульс управления i_y._K. Тиристор V_к отпирается, и конденсатор но контуру C_k,-V_c-L_k-V_k. перезаряжается до напряжения, близкого по величине Е, но с обратной полярностью (знаки в скобках). Процесс носит колебательный характер, а ток конденсатора имеет форму полуволны синусоиды с длительностью полупериода .

После перезаряда конденсатора Vc при оказывается под обратным напряжением, в результате чего прямой ток через него прекращается. Конденсатор перезаряжается постоянным током нагрузки, и напряжение на нем линейно убывает. При конденсатор разрядился до нуля. Интервал равен времени приложения к силовому

Рис. 6.3. Схема и временные диаграммы токов и напряжений узла принудительной коммутации тиристора с колебательным перезарядом конденсатора

тиристору обратного напряжения, т. е. это время выключения, предоставляемое тиристору Vс для восстановления управляющих свойств. При конденсатор вновь заряжается до исходного напряжения, равного Е, а напряжение на нагрузке становится равным нулю.

На интервале ток нагрузки протекает через диод V0, а выходное напряжение . Изменяя время задержки импульса управления на коммутирующий тиристор , можно изменять скважность выходного напряжения и его среднее и действующее значения.

Найдем схемное время выключения . Обозначаем начальное напряжение на конденсаторе через , где k₃ —коэффициент заряда конденсатора , и считаем ток нагрузки, которым перезаряжается конденсатор, постоянным:

или ,

откуда