3.2. Импульсные преобразователи переменного напряжения

Основные области применения преобразователей переменного напряжения: регулирование мощности электрических печей, ламп накаливания, электротехнологических установок; регули­руемый асинхронный электропривод; пусковые, защитные, регули­рующие и коммутирующие устройства, используемые в качестве эле­ментов электрооборудования.

Для регулирования выходного напряжения используется фазовый способ управления.

Силовая часть однофазного преобразователя переменного напряжения(рис. 3.4а) представляет собой два встречно-параллельно включенных тиристора.

а)

б)

Рис. 3.4

Система импульсно-фазового управления формирует импульсы, поступающие одновременно на управляющие электроды тиристоров VS1, VS2. Открывается тот из тиристоров, к которому приложено прямое напряжение.

Схема работает следующим образом (рис. 3.4б). На интервале 0 < ωt<αоба тиристора закрыты, напряжение на нагрузке равно нулю. В момент ωt=αподается управляющий импульс, тиристорVS1 открывается и к нагрузке прикладывается входное напряжение. Поскольку нагрузка чисто активная, ток нагрузки повторяет по форме напряжение. В момент времени ωt=π ток через тиристор прерывается иVS1 запирается. Далее процессы повторяются для тиристораVS2.

При активно-индуктивной нагрузке (рис. 3.5а) ток i_н, поддерживаемый энергией, накопленной в индуктивности, продолжает протекать и после момента ωt= π, когда напряжениеu_нменяет знак. В результате в течение всего интервала

а)

б)

Рис. 3.5

проводимости тиристора к нагрузке приложено входное напряжение (рис. 3.5б).Длительность протекания реактивного токаопределяется постоянной времени нагрузки. Форму токаi_нможно определить, если представить его в виде суммы принужденной и свободной составляющих. На рис. 3.5б представлен режим прерывистого тока. При увеличении постоянной времени нагрузки или уменьшении угла управления α наступит момент, когда окончание импульса тока через один тиристор совпадет с началом тока через другой тиристор и установится режим непрерывного тока. Граничный угол управления, при котором происходит переход от одного режима к другому α_гр= φ, где φ – угол сдвига фаз между током и напряжением нагрузки при закороченных тиристорах.

Для получения непрерывного синусоидального тока при α < α_грдлительность отпирающего импульса должна быть не менее φα. В противном случае открывающий импульс закончится раньше, чем прекратится ток в параллельном вентиле, и тиристор открыться не сможет – произойдет пропуск импульса.

В схеме трехфазного преобразователя переменного напряжения (рис. 3.6а) группы тиристоров включены в каждую фазу нагрузки. Для пуска преобразователя необходимо по­дать управляющие импульсы одновременно на тиристоры двух групп (например, на VS1,2 и VS5,6). В установившемся режиме система управления обеспечи­вает подачу управляющих импульсов, сдвинутых по фазам на 2/3. Углы управления отсчитываются от момента перехода соответствующей синусоиды сетевого напряжения через ноль. На рис. 3.6б показаны временные диаграммы работы схемы при α = /3^о,  = 5/6^о. Зачерненные импульсы обозначают интервалы проводимости соответствующих тиристоров и не отражают действительную форму тока. Работа схемы характеризуется чередованием симметрично-токового режима (СТ), когда проводят тиристоры всех трех фаз и несимметрично-токового режима (НТ), когда ток в одной из фаз отсутствует. Например, на интервале 0 < ωt < π/6 проводят тиристоры всех трех фаз и фазное напряжение нагрузки u_а равно фазному напряжению сети u_A. На интервале π/6 < ωt < π/3 ток в этой фазе не протекает и u_а= 0. На интервале π/3 < ωt < π/2 вновь имеет место режим СТ и u_а= u_A. На интервале π/2 < ωt < 2π/3 в режиме НТ в проводящем состоянии находятся тиристоры VS1 и VS4, ток замыкается по контуру Аz_az_bB, в результате напряжение на нагрузке

и т. д.

При уменьшении угла управления до α = α_гр наступает режим непрерывного тока, когда фазы нагрузки постоянно подключены к сетевому напряжению. При увеличении α углы проводимости тиристоров уменьшаются и наступает режим, когда нет интервалов времени с протеканием тока во всех трех фазах.

а)

б)

Рис. 3.6