1.3Нереверсивные тиристорные преобразователи

1.3.1Двухфазный тиристорный преобразователь

На рисунке 1.83 представлена модель двухфазного нереверсивного тиристорного преобразователя. Источник питания частотой 50Гц AC Voltage Source обеспечивает амплитуду в 100В.

Рисунок 1.83 – Нереверсивный двухфазный тиристорный преобразователь (Fig1_83)

Выпрямление и регулирование выходного напряжения обеспечивается тиристорным преобразователем Universal Bridge, который управляется системой импульсно-фазового управления SIFU. Нагрузка преобразователя активно-индуктивная – Series RLC Branch. Предусмотрена возможность подключения нулевого вентиля Diode. Результаты исследования отражаются на экране осциллографа Scope1 в виде четырёх диаграмм: сетевое напряжение Uab, сигнал управления тиристорами Pulse, выходное напряжение преобразователя (выпрямителя) Un и ток в нагрузке In.

Схема модели системы импульсно-фазового управления (СИФУ) и временная диаграмма работы её показаны на рисунках 1.84, 1.85.

Рисунок 1.84 – Схема модели СИФУ

Интегратор устанавливается в исходное нулевое состояние сигналом перехода синхронизирующего напряжения через ноль. За время половины периода питающего (синхронизирующего) напряжения выходное напряжение интегратора достигает 1В, так как коэффициент усиления блока Gain выбран равным двум. Далее очередным переходом синхронизирующего напряжения через ноль, интегратор устанавливается в исходное состояние и начинается очередной процесс линейного нарастания выходного напряжения на выходе (см. рисунок 1.85). Так работает генератор пилообразного напряжения (ГПН). Однако, для обеспечения возможности ввода угла управления α (alfa) в градусах, выходное напряжение интегратора усиливается в 180 раз (см. вторую диаграмму на рисунке 1.85).

Для формирования импульсного сигнала заданной длительности (ширины) switch используется логическая схема 3И (Logical Operator). На первый вход 3И подаётся результат временного сравнения суммарного напряжения alfa и switch, а на второй – только напряжения alfa. При чём, напряжение ГПН по сравнению с первой схемой сравнения Relational Operator1 подано на первый вход схемы сравнения Relational Operator. Такая схема коммутации входов схем сравнения позволила решить две задачи: получить фазовый сдвиг импульса управления и сформировать импульс необходимой длительности. На третий вход 3И через инвертор подаётся сигнал блокировки СИФУ в виде напряжения в один вольт. На время блокировки все сигналы Pulse отсутствуют и преобразователь не управляется. На приведённых диаграммах (рисунок 1.85) демонстрируется процесс формирования угла управления α=90 градусов.

Рисунок 1.85 – Временная диаграмма работы СИФУ

Рисунок 1.86 – Результаты моделирования работы преобразователя на активно-индуктивную нагрузку с углом α=90 без нулевого вентиля и с ним

На рисунке 1.86 представлены временные диаграммы работы преобразователя без диода (время 0…0,2с) и с диодом (время 0,2с…0,4с).

Преобразователь управляется импульсными сигналами с фазовым сдвигом относительно питающего напряжения 90 электрических градусов. При отсутствии вентиля с бесконечно большим значением индуктивности нагрузки выходное напряжение и ток нагрузки должны соответствовать нулевому значению. При выбранных параметрах нагрузки моделированием процесса установлено, что ток прерывистый с амплитудой около 2,5А. Противоэдс нагрузки держит тиристоры рабочей группы в открытом состоянии почти четверть периода, что приводит к минимальному среднему выпрямленному напряжению.

Увеличенный фрагмент диаграммы, иллюстрирующий режим работы без вентиля, показан на рисунке 1.87. Из диаграммы видно, что тиристоры остаются открытыми в начале отрицательной полуволны питающего напряжения и это не позволяет нарастать току.

Рисунок 1.87 – Фрагмент временной диаграммы работы без вентиля

Рисунок 1.88 - Фрагмент временной диаграммы работы с вентилем

Вторая часть диаграммы на рисунке 1.86 (работа с вентилем) иллюстрирует принципиально другой режим работы. Вентили рабочей группы тиристорного преобразователя включаются в работу с углом α=90 градусов и при снижении текущего выпрямленного напряжения до нуля противоэдс нагрузки замыкается через вентиль, обеспечивая снижение до нуля тока в рабочей группе и закрывание тиристоров. Ток в паузе между концом полуволны питающего напряжения и следующим импульсом управления поддерживается энергией, запасённой в реактивном элементе нагрузки через нулевой вентиль. Как показано на рисунке 1.86 с момента включения нулевого вентиля ток нагрузки стал нарастать до установившегося значения. Фрагмент в увеличенном масштабе показан на рисунке 1.88. Ток в нагрузке непрерывный.

На рисунке 1.89 показана работа преобразователя без нулевого вентиля с различными углами управления: до момента времени 0,1с был задан угол 90 градусов, и далее – 30 градусов.

Рисунок 1.89 – Моделирование процессов при мгновенном изменении угла управления с 90 на 30 градусов

Ток нагрузки с минимального значения, при угле управления 90 градусов, с подачей угла в 30 градусов стал расти до установившегося значения с постоянной времени , где и – индуктивность и активное сопротивление источника питания; и – параметры нагрузки.

С увеличением тока нагрузки во времени амплитуда выпрямленного напряжения уменьшается за счёт падения напряжения источника питания на активном сопротивлении источника. Кроме того, с ростом тока нагрузки увеличивается угол коммутации, хорошо различимый на рисунке 1.90. Импульс управления подан на преобразователь и текущее значение выпрямленного напряжения равно нулю. Включены обе рабочие группы тиристорного преобразователя, источник питания закорочен накоротко, выходное напряжение равно нулю до тех пор, пока идёт процесс коммутации – снижения тока работавшей группы до нуля и роста тока во включённой группе до тока в нагрузке. В момент закрывания тиристоров работавшей группы происходит скачкообразный процесс увеличения текущего выпрямленного напряжения – процесс коммутации закончен.

Рисунок 1.90 – Влияние угла коммутации на выпрямленное напряжение

Длительность процесса коммутации зависит от индуктивности источника и коммутируемого тока (тока нагрузки). На рисунке 1.89 на третьей диаграмме этот процесс можно проследить.