Устройство и принцип работы двухкомплектных тиристорных преобразователей

Полностью управляемый однокомплектный преобразователь способен обеспечить реверс напряжения, подаваемого на нагрузку, при этом он не способен обеспечить реверс тока. Это не подходит для регулируемых реверсивных электроприводов постоянного тока, так как его работа может быть реализована только в двух квадрантах координатной плоскости Uя, Iя.

Если два полностью управляемых тиристорных преобразователя  подключить встречно-параллельно относительно нагрузки, появляется возможность реверса тока в цепи нагрузки и возможность работы в четырех квадрантах. Такие варианты включения тиристорных преобразователей получили название двухкомплектных со встречно-параллельным включением, схемы которых приведены ниже:

osnovnye-sxemy-dvuxkomplektnyx-tiristornyx-preobrazovatelej

Такие схемы применяют в реверсивных электроприводах постоянного тока или в преобразователях частоты с возможностью рекуперативного торможения. Двухкомплектный преобразователь можно рассматривать как статическое устройство, которое обладает всеми возможностями генератора постоянного тока. В данной статье будет рассматриваться встречно-параллельная мостовая схема включения (рисунок б)).

Идеальный двухкомплектный преобразователь

Если принять допущение, что тиристорный преобразователь идеален  и на его выходе отсутствуют пульсации тока и напряжения, то выходное напряжение будет изменяться пропорционально косинусу угла управления, как показано на рисунке ниже:

zavisimost-vyxodnogo-napryazheniya-tiristornogo-preobrazovatelya-ot-ugla-upravleniya-pri-nepreryvnom-toke-yakorya

Эквивалентная схема для таких двухкомплектных тиристорных преобразователей показана ниже (рисунок а)), и состоит из двух вентилей, имитирующих однонаправленную проводимость тиристоров, и двух источников постоянного напряжения, соединенных последовательно с вентилями.

ekvivalentnaya-sxema-idealnogo-dvuxkomplektnogo-tiristornogo-preobrazovatelya

В зависимости от напряжения управления Uу будут изменяться углы управления обеих преобразователей таким образом, что одинаковую полярность и амплитуду имеют выходные напряжения преобразователей.  Таким образом, при выработке одинакового напряжения на выводах, один преобразователь будет работать в режиме инвертора, а второй в режиме выпрямителя.

Уравнения их работы имеют вид:

znacheniya-vyxodnyx-napryazhenij-preobrazovatelya1-i-preobrazovatelya2

Для идеального двухкомплектного тиристорного преобразователя будет справедливо равенство:

ravenstvo-dlya-dvuxkomplektnogo-tiristornogo-preobrazovatelya

Из уравнений (1) – (3) следует:

ravenstvo-dlya-dvuxkomplektnogo-tiristornogo-preobrazovatelya-2

Что будет соответствовать соотношению углов управления:

sootnoshenie-uglov-upravleniya-idealnogo-dvuxkomplektnogo-tiristornogo-preobrazovatelya

Рисунок б) демонстрирует зависимость от углов управления выходных напряжений обеих преобразователей. При любых значениях сигнала управления система импульсно-фазового управления должна обеспечивать соотношение (6).

В идеальных двухкомплектных устройствах преобразования энергии напряжение на выходе каждого из комплектов должно быть равно напряжению нагрузки, а ток может свободно протекать по любому из них.

Схема управления

Принцип работы схемы управления двухкомплектным тиристорным устройством показан ниже:

princip-raboty-sxemy-upravleniya-dvuxkomplektnym-tiristornym-preobrazovatelem

Следует помнить, что для трехфазной схемы выпрямления принято считать началом отсчета угла управления точку пересечения фазных напряжений. Поэтому для тиристоров мостовой схемы (рисунок выше б)) VS11 и VS21 началом отсчета  углов α1 и α2 будет момент времени t1 указанный на рисунке а). Если в сторону опережения сдвинуть напряжение UA на 600, его максимум, как показано на рисунке б) совпадет с моментом t1. Для получения управляющего импульса на тиристоре VS11 используется напряжение управления Uу, который сформируется его в момент пересечения UA1 и UУ. Аналогичное напряжение  -UA1, инверсное по отношению к UA1, служит для создания отпирающих импульсов для тиристора VS21. Необходимое соотношение углов управления α1 + α2 = 1800 при изменении Uу сохраняется. На рисунке в) показаны управляющие импульсы для двух значений Uу.

Из рисунка а) видно, что UВ достигает максимального отрицательного значения в момент времени t1, которое совместно с инверсным по отношению к нему напряжением могут быть использованы для получения управляющих импульсов путем сравнения с Uу. Схемные реализации для обеих способов показываются на схеме ниже:

sxemy-dlya-polucheniya-upravlyayushhix-impulsov-tiristornogo-preobrazovatelya

Примем:

koefficienty-dlya-kompleksnyx-tiristornyx-preobrazovatelej

Тогда:

koefficienty-dlya-kompleksnyx-tiristornyx-preobrazovatelej-2

В соответствии с (9) и (10) cos α1 + cos α2 = 0, или α1 + α2 = 1800, что соответствует требованию (6).

Из выражений (1), (2), (9) и (10) можно получить формулы для выходных напряжений (Uвых) преобразователей:

Таким образом:

formuly-dlya-vyxodnyx-napryazhenij-dvuxkomplektnyx-tiristornyx-preobrazovatelej

Uвых двухкомплектного тиристорного преобразователя будет пропорционально Uу. Такой способ управления получил названия вертикального косинусного, а преобразователь, по существу, будет являться усилителем мощности, имеющим линейную характеристику вход/выход, показанную на рисунке г).

Реальный двухкомплектный преобразователь

В идеальном двухкомплектном тиристорном преобразователе в случае удовлетворения фаз управляющих импульсов соотношению α1 + α2 = 1800, все процессы в них происходят одновременно и они будут вырабатывать одинаковые выходные напряжения, равные среднему напряжению нагрузки Uп1 = Uп2 = Uср.нагр. При этом один преобразователь будет работать в выпрямительном режиме, а второй в инверторном. Реальные же тиристорные двухкомплектные преобразователи отличаются от идеальных. Они имеют не идеальное выпрямленное, а пульсирующее напряжение, которое, как правило, не совпадает по фазе. Поскольку между двумя выпрямительными группами включенными по встречно-параллельной схеме существует гальваническая связь, разность Uп1 и Uп2 будет обуславливать протекание уравнительных токов, минующих нагрузку. Для ликвидации или ограничения уравнительных токов могут применять один из перечисленных способов:

Добавить комментарий

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