Статическая модель

Тиристорные преобразователи

Тиристорные преобразователи (ТП) применяются в качестве источников регулируемого напряжения для питания якорной цепи или цепи возбуждения (ТВ) коллекторных электродвигателей постоянного тока (ДПТ) ИМ. Для управления асинхронным двигателем (АДКР) тиристорный преобразователь применяется в качестве управляемого выпрямителя для регулирования напряжения в цепи постоянного тока частотного преобразователя со звеном постоянного тока. На рис. 4.16. приведена обобщенная функциональная схема тиристорного преобразователя.

Рис. 4.16. Упрощенная функциональная схема тиристорного преобразователя

Тиристорный преобразователь (ТП) как элемент системы управления должен быть описан в статике и динамике.

Статическая характеристика представляет собой регулировочную характеристику е _п = ¦(U _у).

Разобьем ТП на два основных модуля – систему импульсно-фазового управления (СИФУ) и силовую часть (см. рис. 4.16).

ММ силовой части.

Схемотехника силовой части представляет собой один или два комплекта управляемых вентилей, включенных по нулевой или мостовой схеме (встречно-параллельной или перекрестной).

Опишем статическую зависимость е _п = ¦(a).

Для зоны непрерывного тока:

(4.27)

где e_{d 0} – максимальное средневыпрямленное (среднее) значение э.д.с. преобразователя,

Е _2ф – вторичная фaзная э.д.с. силового трансформатора,

К _сх – коэффициент схемы силового комплекта вентилей, К _сх = 2,34 – для мостовой схемы, К _сх = 1,17 – для нулевой схемы.

Для зоны прерывистых токов:

(4.28)

где l – интервал проводимости тока,

m – пульсность выпрямленного напряжения преобразователя (l < p/ m).

Заметим, что в зоне непрерывного тока l = m.

ММ СИФУ.

Найдем статическую зависимость a = ¦(U _у), причем будем рассматривать наиболее распространенный вертикальный способ управления СИФУ с линейным или гармоническим опорным напряжением:

1. линейное (пилообразное) опорное напряжение U_оп (рис. 4.17).

Рис. 4.17. К определению статической зависимости a = f (U _у)

Здесь U _2ф –гармонический сигнал, синхронизированный с силовой питающей сетью и сдвинутый вправо на угол, определяемый углом сдвига точки естественной коммутации (для пульсности, равной 6, обычно 30 ⁰). Синхронизация с питающей сетью наиболее просто осуществляется с помощью RC -цепочек, включаемых на выходе обмоток синхронизирующего трансформатора. Пилообразное напряжение генерируется интегратором со «сбросом» при напряжении пилы U _оп,м = (10…15) В.

Очевидно, что для пилообразного (линейного) опорного напряжения искомая статическая зависимость будет иметь вид

(4.29)

Следует заметить, что реальный диапазон изменения угла отпирания тиристоров, как правило, не превышает 5 – 175°. Минимальный (5°) угол отпирания определяется максимальной э.д.с. тиристорного преобразователя, а ограничение максимального угла (175°) предохраняет реверсивный тиристорный преобразователь от "прорыва" инвертора. Кроме того, важен правильный выбор начального угла отпирания тиристоров a_нач, зависящего от способа управления комплектами тиристоров реверсивного преобразователя и параметров активно-индуктивной нагрузки преобразователя. В любом случае, этот угол равен полусумме углов отпирания тиристоров обоих комплектов вентилей, т. е.

(4.30)

где a ₁, a ₂ – углы отпирания тиристоров выпрямительной и инверторной групп вентилей. Как правило, начальный угол отпирания тиристоров находится в диапазоне a _нач= 90 ⁰…125 ⁰ , причем a _нач = 90 ⁰ выбирается только при совместном согласованном управлении комплектами вентилей.

2. Гармоническое (косинусоидальное) опорное напряжение U_оп.

Аналогично рассмотренному выше случаю статическая характеристика преобразователя будет характеризоваться зависимостью

. (4.31)

В качестве опорного напряжения иногда применятся U _оп в виде отрезков полусинусоид (обычно для маломощных тиристорных преобразователей старых модификаций).

Найдем результирующую статическую зависимость е _п = ¦(U _у). Воспользуемся графическим способом, причем в целях упрощения построений рассмотрим лишь один из квадрантов работы реверсивного преобразователя (рис. 4.18).

Возьмем произвольную точку А на кривой , опустим из нее перпендикуляр на кривые , соответствующие линейному и гармоническому опорным напряжениям, из точек пересечения с ними проведем горизонтальные прямые до пересечения с вертикальной осью координат. Далее, через точки пересечения с вертикальной осью координат проведем концентрические дуги (пунктирные кривые на рис. 4.18) до пересечения с горизонтальной осью координат и восстановим перпендикуляры до пересечения с горизонтальными прямыми, проходящими через точку А.

Рис. 4.18. К определению статической зависимости e _п = f (U _у)

Таким образом, получим точки результирующих кривых e _п = f (U _у) для обоих опорных напряжений СИФУ. Кривая 1 соответствует линейному опорному напряжению, кривая 2 – гармоническому опорному напряжению. Полученные кривые характеризуются аналитическими зависимостями:

1. .

2. ,

где K _тп – коэффициент передачи тиристорного преобразователя, определяемый выражением: .

Заметим, что при линейном опорном напряжении статическая характеристика тиристорного преобразователя является нелинейной, а, следовательно, коэффициент передачи преобразователя является величиной переменной.

Те же самые зависимости реверсивного преобразователя, питающего цепь якоря двигателя постоянного тока с учетом зоны прерывистых токов, имеют вид, приведенный на рис. 4.19.

Регулировочная характеристика для зоны прерывистых токов является неоднозначной, т.е. одному значению U _у соответствует семейство значений е _п .

Рис. 4.19. Статические характеристики реверсивного тиристорного

На выходе ТП мы получаем э.д.с., зависящую от следующих факторов:

– величины статической нагрузки (потребляемого преобразователем тока);

– величины противо-э.д.с. двигателя при работе преобразователя на якорную цепь двигателя;

– характера нагрузки (активный, активно-индуктивный).

Регулировочная характеристика имеет зону 2D U _у нечувствительности работы ТП, величина которой зависит от характера нагрузки преобразователя.

Для гармонического опорного напряжения U _оп СИФУ регулировочная характеристика ТП имеет вид параллелограмма (рис. 4.20).

Дата добавления: 2014-11-29