Управляемые выпрямители

При работе нескольких выпрямителей на общую нагрузку, как это происходит в системе тягового электроснабжения постоянного тока, приходится учитывать, что выходное напряжение выпрямителей может отличаться друг от друга. Это вызвано как параметрами самих выпрямителей, так и различием напряжений в питающей сети. Чтобы сохранить границу токораздела в середине фидерной зоны (при этом потери мощности в контактной сети наименьшие) необходимо выравнивать выходное напряжение выпрямителей U _d на соседних тяговых подстанциях. Для выравнивания выходного напряжения выпрямителей существует несколько способов:

- применение выпрямителей со ступенчатым регулированием под нагрузкой с помощью переключения отводов (анцапф) тягового трансформатора. Недостатки – невозможность точной установки необходимого выходного напряжения и большая стоимость трансформатора (дороже обычного примерно в 1,7 раза);

- использование дросселей насыщения, подмагничиваемых постоянным током. Преимущество – возможность плавного регулирования. Недостаток – сложность конструкции и большой расход электроэнергии в схеме управления;

- применение в схеме выпрямителя управляемых вентилей – тиристоров. Преимущества – возможность плавного регулирования и малое потребление электроэнергии в схеме управления. Обычно применяется фазоимпульсное управление тиристорами, которое производится путём изменения моментов отпирания тиристоров по сравнению с моментами естественной коммутации диодов в неуправляемом выпрямителе. Недостатки – искажения формы напряжения и тока в вентилях и обмотках трансформатора.

4.1. Трёх пульсовый управляемый выпрямитель

Рассмотрим схему трёх пульсового управляемого выпрямителя на тиристорах. Схема представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема трёх пульсового управляемого выпрямителя на тиристорах

От схемы выпрямителя на диодах (рис. 3.2) она отличается наличием схемы управления тиристорами СУ, которая формирует управляющие импульсы для отпирания тиристоров. Применяется фазоимпульсное управление, при котором управляющий импульс поступает с задержкой по времени относительно момента естественной коммутации. Время задержки открывания тиристора, выраженное в долях синусоиды, называется углом управления a. Временная диаграмма работы трёх пульсового управляемого выпрямителя при активной нагрузке представлена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Временная диаграмма работы трёх пульсового управляемого выпрямителя

при активной нагрузке

При работе на активную нагрузку можно выделить два характерных режима работы управляемого выпрямителя:

- режим непрерывных токов, когда угол регулирования ;

- режим прерывистых токов, когда угол регулирования .

Выпрямленное напряжение будет зависеть от значения угла регулирования a. Рассчитаем величину выпрямленного напряжения. Для режима непрерывных токов:

. (4.1)

Для режима прерывистых токов:

, (4.2)

где U _2m, – амплитудное значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора; U _d0 – напряжение холостого хода выпрямителя при a = 0.

Если , выпрямленное напряжение равно нулю.

В таблице 4.1 представлена зависимость величины выпрямленного напряжения U _da от угла регулирования a.

Таблица 4.1.

Зависимость величины выпрямленного напряжения от угла регулирования

a
U da, В

Как следует из представленной зависимости, управляемый выпрямитель может только уменьшать выходное напряжение относительно величины выходного напряжения неуправляемого выпрямителя, поскольку при a = 0 тиристоры работают как обычные диоды.

При работе на активно-индуктивную нагрузку (при большом значении индуктивности сглаживающего реактора, предельный случай L _d=¥), когда ток нагрузки можно считать идеально сглаженным, режим прерывистых токов не наступает. Если угол регулирования становится , на графике выпрямленного напряжения появляются отрицательные значения, и в эти промежутки времени ток протекает в направлении, противоположном направлению ЭДС вторичной обмотки трансформатора за счёт ЭДС самоиндукции сглаживающего реактора. Временная диаграмма работы управляемого выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке представлена на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Временная диаграмма работы трёх пульсового управляемого выпрямителя

при активно-индуктивной нагрузке

Если же индуктивность сглаживающего реактора конечна, как, например, реактора РБФАУ, то наступление режима прерывистых токов будет зависеть от величины индуктивности, и может наступить на интервале .

Трёх пульсовый управляемый выпрямитель имеет такие же недостатки, как и неуправляемый – подмагничивание сердечника трансформатора постоянной составляющей тока нагрузки и большую габаритную мощность трансформатора S _T=1,35 P _d0. Ток вентильного плеча I _a = I _d/3 и обратное напряжение на вентильном плече U _b.max = 2,09× U _d0 имеют значения, аналогичные значениям, рассчитанным по формулам (3.2) и (3.3) для режима a = 0. На вентильное плечо тиристоров, открывание которого задерживается на угол a, действует также прямое напряжение . Из-за этого в момент открывания тиристоров фазы, вступающей в работу, к тиристорам фазы, выходящей из работы, мгновенно прикладывается значительное запирающее напряжение, равное .

Внешняя характеристика управляемого выпрямителя представляет собой семейство зависимостей U _d = f (I _d, a). В зависимости от угла регулирования a уменьшается величина U _d0a, а угол наклона внешней характеристики определяет процесс коммутации вентильных токов. Вид семейства внешних характеристик управляемого выпрямителя представлен на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Семейство внешних характеристик управляемого выпрямителя

Дата добавления: 2014-01-07