1.10.3 Выпрямители с принудительным формированием кривой тока, потребляемого из питающей сети

Во всех ранее рассмотренных схемах выпрямления коммутация тока в вентилях сопровождалась коммутацией токов в фазах входного трансформатора и в сети, что приводит к снижению качества тока по сравнению с токами линейных потребителей электрической энергии. Выпрямитель с принудительным формированием кривой потребляемого тока позволяет исправить нелинейность вентильного преобразователя по входу.

Рис. 1.10.4.

Схема содержит однофазный мостовой неуправляемый выпрямитель, накопительный реактор с индуктивностью L_d, транзистор VT, накопительный конденсатор C с разделительным диодом VD. При подаче на транзистор напряжения управления он переходит в проводящее состояние. При этом все выпрямленное напряжение диодного моста прикладывается к накопительному реактору, ток в нем нарастает. При выключении транзистора ток накопительного реактора через разделительный диод VD заряжает накопительный конденсатор C и питает цепь нагрузки.

Рис. 1.10.5.

Моделируя соответствующим образом длительность проводящего состояния транзистора с частотой, во много превосходящей частоту сети, можно сформировать практически синусоидальные полуволны тока в накопительном реакторе L_d, синфазные с входным напряжением, рисунок 1.10.5. Тогда на входе выпрямителя получается практически синусоидальный ток, находящийся в фазе с напряжением сети. Данная схема получила широкое распространение для питания стабилизированным напряжением маломощных нагрузок. На Западе эта схема получила название корректора коэффициента мощности за свойство обеспечить входной коэффициент мощности практически равным единице.

1.11 Инверторы, ведомые сетью

Инвертированием называется процесс преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Инверторы, ведомые сетью, осуществляют такое преобразование с передачей энергии в сеть переменного тока, то есть решают задачу обратную выпрямителю. Ведомые сетью инверторы выполняются по тем же схемам, что и управляемые выпрямители.

На рисунке 1.11.1 приведена схема однофазного двухполупериодного ведомого сетью инвертора со средней точкой. В качестве источника инвертируемой энергии принята машина постоянного тока, работающая в режиме генератора. Индуктивность L_d сглаживает выходной ток инвертора, а реактивные сопротивления X_a1, X_a2 учитывают индуктивности рассеяния обмоток трансформатора и индуктивности питающей сети.

Рис. 1.11.1.

Основные положения, отличающие режим инвертирования от режима выпрямления:

При выпрямлении, рисунок 1.11.2, источником энергии является сеть переменного тока, поэтому при кривая тока i₁ потребляемого из сети, совпадает по фазе с напряжением питания. При X_а1=Х_а2=0 форма тока i₁ близка к прямоугольной, тиристор VS₁ отрывается при положительной полярности напряжения U₂₁, а VS₂ при положительной полярности напряжения U₂₂. Машина постоянного тока работает в режиме двигателя с потреблением энергии от сети. К машине приложено напряжение U_d с полярностью показанной на схеме в скобках.

Рис. 1.11.2.

При работе схемы в режиме инвертирования, рисунок 1.11.3, машина постоянного тока является генератором электрической энергии, а сеть переменного тока её потребителем. При тех же направлениях токов генераторному режиму работы машины будет соответствовать полярность U_d без скобок. Изменение полярности подключения машины к цепи постоянного тока является одним из условий перевода схемы в режим инвертирования. Показателем потребления энергии сетью служит фазовый сдвиг на 180 эл. гр. тока i₁ относительно напряжения U₁. Это означает, что тиристоры схемы в режиме инвертирования должны находится в открытом состоянии при отрицательной полярности напряжений вторичных обмоток трансформатора: тиристор VS₂ при отрицательной полярности напряжения U₂₂, а VS₁ при отрицательной полярности напряжения U₂₁. При таком режиме осуществляется поочередное подключение вторичных обмоток трансформатора через дроссель L_d к источнику постоянного тока. В этом случае достигается: 1) преобразование постоянного тока I_d в переменный ток I₁; 2) передача энергии в сеть. Такому режиму отпирания тиристоров при инвертировании соответствует значение угла управления .

Рис. 1.11.3

Запирание ранее проводившего тиристора при отпирании очередного в ведомом сетью инверторе осуществляется под действием обратного напряжения создаваемого напряжением сети со стороны вторичных обмоток трансформатора. К ранее проводившему тиристору прикладывается обратное напряжение равное сумме напряжений двух вторичных обмоток, но это будет только в том случае если в момент отпирания очередного тиристора на подключенной к нему обмотке будет действовать напряжение положительной полярности, то есть реальное значение угла управления , при работе инвертора исходя из условия закрытия тиристора должно быть меньше на некий угол , рисунок 1.11.4.

Если же очередной тиристор отпирать при , то условия запирания ранее проводившего тиристора не будет выполняться, и он останется открытым создав короткое замыкание цепи с последовательно включенными вторичной обмоткой трансформатора и источником постоянного тока. Такое явление называется срывом инвертирования или прорывом инвертора.

Рис. 1.11.4.

Угол , отсчитываемый влево от точек естественного отпирания , и т.д. называется углом опережения открывания вентилей. С углом управления он связан соотношением .

Таким образом, для перевода схемы из режима выпрямления в режим инвертирования необходимо: 1) подключить источник постоянного тока с полярностью обратной режиму выпрямления; 2) обеспечить протекание тока через тиристоры преимущественно при отрицательной полярности вторичных напряжений, отпирая их с углом опережения .

Рассмотренный способ перевода в режим инвертирования неединственный. При этом способе направление постоянного тока остается неизменным, изменяется только полярность постоянного напряжения. Если к зажимам источника постоянного тока подключить второй преобразователь, аналогичный первому, но с обратным направлением включения тиристоров. То в такой системе можно перейти к режиму инвертирования при изменении направления постоянного тока в машине постоянного тока при прежней полярности постоянного напряжения. При этом в то время когда первый преобразователь работает в режиме выпрямления, а машина постоянного тока в режиме двигателя второй преобразователь не работает. При переводе машины постоянного тока в режим генератора второй преобразователь начинает работать как инвертор, а первый выключается. Оба этих способа применяют в реверсивных преобразователях электропривода постоянного тока.