Регулирование выпрямленного напряжения. Управляемые выпрямители

На практике часто встречаются случаи, когда на шинах потребителей электроэнергии постоянного тока требуется изменение величины напряжения, то есть регулирование. С точки зрения регулирования напряжения выпрямители подразделяются на неуправляемые и управляемые.

В неуправляемых выпрямителях регулирование осуществляется изменением напряжения вентильной обмотки, то есть изменением k_т.

где а – коэффициент схемы, определяемы отношением амплитуды выпрямленного напряжения к амплитуде фазного:

D_m – коэффициент выпрямления:

В управляемых выпрямителях регулирование напряжения достигается изменением во времени моментов вступления в работу вентилей. В настоящее время в мощных статических преобразователях широко используются управляемые вентили, в основном тиристоры, включение которых происходит при наличии положительного напряжения на их анодах и положительного импульса на их управляющем электроде. Эти свойства управляемых вентилей используют в импульсно-фазовом способе управления преобразователями.

m-пульсовый трехфазный выпрямитель

Моментом вступления вентилей в работу можно управлять, то есть задерживать время открытия очередного вентиля и тем самым задерживать начало коммутации на некоторое время, измеряемое углом фазового регулирования α (углом регулирования или управления). Значение - граничное значение угла управления. Поэтому в зависимости от характера нагрузки возможно два режима работы:

1) режим прерывистых токов – при работе выпрямителя на активной нагрузке.

2) режим непрерывных токов – при работе выпрямителя на активно-индуктивное сопротивление.

При x_d=∞ кривые токов абсолютно сглажены и выпрямитель работает в режиме непрерывных токов. Из диаграммы видно, что в течение времени, соответствующего углу α продолжает работать фаза при отрицательном напряжении за счет самоиндукции сглаживающего реактора (индуктивности в цепи постоянного тока). Эта ЭДС поддерживает работу данной фазы за счет магнитной энергии, накопленной в ту часть периода, когда напряжение трансформатора было выше среднего значения выпрямленного напряжения.

Среднее значение выпрямленного напряжения для режима непрерывных токов:

Период пульсации на зависит от угла регулирования.

Из этого выражения следует, что с увеличением α значение выпрямленного напряжения снижается по закону косинуса этого угла и тем самым осуществляется плавное, бесконтактное регулирование выпрямленного напряжения. Для режима прерывистых токов среднее значение выпрямленного напряжения:

Уравнение внешней характеристики управляемого выпрямителя имеет вид:

В соответствии с записанным выражением управляемый выпрямитель имеет семейство внешних характеристик:

В общем виде для m-пульсового управляемого выпрямителя внешняя характеристика определяется выражением:

Если учитывать, что коммутация токов вентилями осуществляется за период времени γ, то электромагнитные процессы в m-пульсовом выпрямителе примут вид:

Задержка управляющих импульсов относительно моментов естественной коммутации на угол α приводит к изменению доли гальванических составляющих в кривой выпрямленного напряжения. Из диаграмм видно, что с ростом значения α увеличивается размах колебаний в кривой переменной составляющей выпрямленного напряжения. В то же время период повторяемости пульсаций не зависит от угла α.

угла α;

- искажается форма кривой этого напряжения;

- ухудшаются условия работы вентилей в непроводящую часть периода за счет увеличения скачкообразного напряжения;

- ухудшается коэффициент мощности преобразователя.

Технико-экономические показатели управляемых выпрямителей ниже, чем неуправляемых (условия работы вентилей и трансформатора, внешняя характеристика);это ограничивает их применение, однако необходимость создания инверторов приводит к использованию управляемых преобразователей.

Способы регулирования выпрямленного напряжения на электроподвижном составе