1.10 Выпрямители на полностью управляемых вентилях

Рассмотренные управляемые выпрямители на вентилях с неполным управлением характеризуются тем, что вентили запираются прикладываемым обратным напряжением, что получило название естественной коммутации. Недостаток этих схем выпрямления заключается в том, что задержка включения вентилей на угол управления α приводит к потреблению из питающей сети реактивной мощности и снижению входного коэффициента мощности выпрямителя с ростом угла управления.

Коммутация токов в схемах выпрямления на вентилях с полным управлением, способных включаться и выключаться от воздействие по цепи управления при наличие на вентиле прямого напряжения, называется принудительной коммутацией.

1.10.1 Выпрямители с опережающим фазовым регулированием

Рис. 1.10.1.

Схема трехфазного мостового выпрямителя на запираемых тиристорах, рисунок 1.10.1, дополнена устройством для сброса накопленной энергии (УСЭ) из индуктивностей рассеивания реального трансформатора. Очередной вентиль отпирается в момент подачи на него импульса управления с опережающим углом регулирования α_оп относительно соответствующей точки естественной коммутации с одновременной подачей импульса управления на запирание проводящего вентиля, рисунок 1.10.2.

Рис. 1.10.2.

В результате, если не учитывать процессы коммутации, ток в выключаемом вентиле скачком упадет до нуля, а ток во включаемом вентиле скачком возрастет до тока нагрузки. В итоге входной ток выпрямителя будет опережать напряжение питающей сети на угол α_оп, то есть выпрямитель будет не потреблять реактивную энергию, а генерирует реактивную мощность. Если включить два выпрямителя параллельно по входам и параллельно или последовательно по выходу. Одним из них управлять с углами α, а другим |α_оп| = α, то такой составной выпрямитель не будет потреблять по входу реактивной мощности, так как результирующий ток будет в фазе с напряжением питающей сети.

1.10.2 Выпрямитель с широтно-импульсным регулированием выпрямленного напряжения

Отличается от рассмотренного выше выпрямителя алгоритмом управления вентилями. Формирование импульса напряжения на выходе выпрямителя обеспечивается включением, выключением соответствующей пары полностью управляемых вентилей, одного вентиля в катодной группе и одного в анодной, рисунок 1.10.3. Например, импульсы на интервалах t₁-t₂, t₃-t₄ формируется включением вентилей VT₁ и VT₂. Формирование нулевой паузы напряжения на выходе выпрямителя на интервале t₂-t₃ обеспечивается закрыванием по цепи управления тиристора VT₂ с одновременным отпиранием другого тиристора работающего плеча схемы VT₄. При этом ток нагрузки, поддерживаемый накопленной энергией в сглаживающем реакторе с индуктивностью L_d, будет протекать через два проводящих вентиля одного плеча схемы VT₁ и VT₄. Энергия, накопленная в индуктивностях рассеивания обмоток трансформатора, сбрасывается сначала в конденсаторы устройства сброса энергии, а из них частично обратно в сеть, частично в нагрузку выпрямителя. На интервалах замыкания тока нагрузки через вентили одного плеча моста выпрямитель оказывается отключенным от трансформатора, а значит, в обмотках трансформатора тока не будет. Таким образом, токи трансформатора также подвергаются широтно-импульсному регулированию.

Рис. 1.10.3.

Рассмотренные временные диаграммы токов и напряжений выпрямителя относятся к случаю, когда частота импульсов выходного напряжения выпрямителя в шесть раз превышает частоту сети. Для повышения быстроты регулирования выпрямленного напряжения и тока эта частота может быть увеличена в 2, 3, 4, … раз, тогда на интервале t₁-t₄ будет соответственно 4, 6, 8, … импульса.