Схемы АИР приведенных групп нашли широкое применение в различных ЭТУ и наиболее перспективны для реализации мощных источников питания среднечастотного диапазона [1, 4-18]. Это связано с рядом важных их преимуществ и характеристик, таких как простота запирания и относительно большое схемное время восстановления тиристоров tacc; синусоидальная форма тока через тиристоры, а значит, относительно небольшая крутизна нарастания тока di/dt через них; стабилизация напряжения на силовых вентилях и других элементах АИР при изменении величины и характера нагрузки в широких пределах, вплоть до короткого замыкания (КЗ) нагрузки; возможность реализации как частотного, так и фазового регулирования выходного напряжения Uвых (мощности Pвых) без применения дополнительных силовых устройств; возможность повышения (умножения) Uвыхпри Uвх =const, а также получение симметричного Uвыхотносительно «земли» при питании АИР от трехфазной промышленной сети 50 Гц через мостовой выпрямитель.
Однако для АИР с встречными диодами характерны также высокая крутизна нарастания пряного напряжения du/dt на тиристорах и наличие коммутационных перенапряжений на вентилях большой амплитуды и крутизны нарастания, возникающих в моменты выключения, то есть обрыва обратного тока диодов (Uт1), и при включении очередных противофазных тиристоров (Uт1), Это приводит, если не принять мер, к снижению надежности АИР из-за высокой вероятности самопроизвольного включения тиристоров, пробоя и выхода их из строя [6, 9, 17]. В [1] авторы выделили наиболее эффективные методы и средства повышения надежности АИР для ответственных, не терпящих перерыва электротехнологических процессов. Было отмечено обязательное введение резервирования, но при условии принятия дополнительных (комплексных) мер, позволяющих получить высокую вероятность безотказной работы как основного АИР, так и резервного. Таким образом, для рассматриваемых случаев применения АИР резервирование является необходимый, но недостаточный.
а) Схема АИР с открытыми входом и встречными диодами.
На рис. la приведена базовая схема мостового АИР с открытый входом, удвоением частоты и встречными диодами, питание которого осуществляется от трехфазной промышленной сети 50 Гц, напряжением Un - 380 В через мостовой выпрямитель ВП и тиристорно-конденсаторный выключатель KB, при этом Umn=510-520В. Нагрузка, обычно представляющая собой колебательный нагрузочный контур с эквивалентным активный сопротивлением Rн, включена в цель разделительного конденсатора, при этом Ср>> Ск. Включение встречных диодов параллельно тиристорам в схемах АИР с открытым и закрытым входами позволило решить весьма важные вопросы по повышению устойчивости их работы как за счет относительного увеличения и получения схемного времени восстановления тиристоров tвсс = Т0/2 ~ const, где Т0 — период собственных колебаний контура СкLк, так и ограничения прямого напряжения на них на определенном, относительно низком уровне, при изменениях нагрузки от максимального допустимого уровня до КЗ. При этом возникают, как было показано выше, задачи, связанные с необходимостью ограничения и равномерного распределения крутизны нарастания du2/dt прямого напряжения и коммутационных перенапряжений на тиристорах, возникающих в моменты обрыва обратного тока встречных диодов и включения противофазных тиристоров. Это особенно важно при последовательном соединении тиристоров (диодов) в высоковольтных, мощных АИР [1, 9, 17]. С точки зрения устойчивости и надежности работы АИР наиболее «опасны» перенапряжения, возникающие в моменты обрыва обратного тока (Iоб) встречных диодов, которые имеют высокую амплитуду (Um1) и крутизну нарастания, являются прямыми и прикладываются к запираемому тиристору как раз в момент окончания tвсс. Величина Um1зависит от крутизны спада diоб/dt, которая, в свою очередь, увеличивается со снижением нагрузки и максимальна при КЗ нагрузки. Кроме того, Umlзависит от величины Lк времени выключения tвык и его составляющих — восстановления обратного сопротивления tво и tсп— быстрого спада обратного тока встречных диодов. При расчете демпфирующих RС-цепей? а также коммутационных потерь в [19, 20] показано, что tво, tcnв достаточно широком диапазоне связаны со временем выключения tBык линейной зависимостью, и поэтому могут быть использованы следующие соотношения tво=0,15 tвык, tcn=0,04 tвык
