Исследование характеристик тиристорного преобразователя постоянного тока
Цель работы.
Изучение принципа работы и характеристик тиристорного преобразователя
для использования этих знаний при выборе электропривода конкретного механизма.
Теоретическое введение.
Тиристорные преобразователи (TП) предназначены для преобразования переменного напряжения в постоянное и регулирования среднего значения выпрямленного напряжения.
Преобразователи подразделяются:
по назначению: - для питания якорных цепей ДПТ
- для питания обмоток возбуждения двигателей и генераторов постоянного тока;
по исполнению: нереверсивные и реверсивные;
- нереверсивные - обеспечивают плавное регулирование напряжения в диапазоне от 0 до Un;
- реверсивные - в диапазонах (-Un; 0), (0; +Un)
ТП состоит из двух основных частей: силовая часть и СИФУ.
Силовая часть предназначена для согласования напряжения сети с номинальным напряжением двигателя и преобразования переменного напряжения в постоянное, состоит из трансформатора и схемы выпрямления на тиристорах. В этих схемах используются однооперационные тиристоры. В электроприводе небольшой мощности применяются однофазные двухполупериодные схемы выпрямления (мостовые и со средней точкой трансформатора). В приводах средней и большой мощности используют трехфазные мостовые схемы (иногда трехфазные схемы с нулевым выводом трансформатора).
Для согласования напряжения сети с номинальным напряжением двигателей в преобразователях устанавливают силовые трансформаторы. Их выполняют с увеличенной механической прочностью и с повышенным напряжением короткого замыкания.
Система импулъсно-фазового управления (СИФУ) предназначена для задания угла регулирования (фазы) и формирования управляющих импульсов, подаваемых на управляющий электрод тиристоров. СИФУ большинства ТП выполнены по принципу вертикального управления фазой. Он основан на том, что управляющий входной сигнал сравнивается с изменяющимся во времени и синхронизированным с питающей сетью напряжением. В момент, когда их разность меняет знак, происходит формирование управляющего импульса. Изменяя величину управляющего напряжения, можно изменять угол регулирования (фазу). Среднее значение выпрямленного напряжения зависит от угла регулирования.
СИФУ состоит из следующих основных элементов: генератора пилообразного напряжения (синусоидального) (ГПН), входного устройства (ВУ), элемента сравнения (ЭС), формирователя импульсов (ФИ), импульсных трансформаторов (ИТ) (рис. 5.1). Опорное напряжение U0сравнивается с управляющим сигналом Uy в элементе сравнения, на выходе которого получают импульсы Iy с углом регулирования а. На высоте ФИ получают импульсы определенной амплитуды и длительности. Импульсные трансформаторы служат для гальванического разделения цепей управления и силовой цепи. Опорное напряжение синхронизировано с напряжением сети Uс , т.е. совпадает с ним по фазе и частоте. Поэтому под углом регулированияпонимают угол между моментом естественного открытия диода и моментом подачи управляющего импульса I y.
Рис 5.1. Схема СИФУ и однофазная схема выпрямления со средней точкой трансформатора.
Среднее значение выпрямленного напряжения зависит от угла а:
Ud=Ud0*((1+cosa)/2) (5.1)
где Ud0- среднее значение выпрямленного напряжения при идеальном холостом ходе.
Рис. 5.2 Временные диаграммы работы СИФУ.
При опорном пилообразном напряжении СИФУ имеет линейную зависимостьа = f(Uy).Таким образом, изменяя управляющее напряжение Uу на входе СИФУ можно регулировать среднее значение выпрямленного напряжения Ud. СИФУ состоит из одинаковых каналов управления на каждый тиристор. Каждый канал управления имеет все элементы, изображенные на схеме (рис. 5.1).
Быстродействие СИФУ, выполненной по вертикальному принципу, является идеальным, т.е. такая система безинерционна.
Характер протекания тока нагрузки при работе на активно-индуктивную нагрузку отличается отличается от работы на активную нагрузку. После отпирания тиристора ток Id будет плавно нарастать, что соответствует накоплению энергии в индуктивности. При уменьшении тока эта энергия отдается обратно, в результате чего ток продолжает протекать через нагрузку после перехода напряжения через нуль. Длительность открытого состояния тиристоров возрастает. Поэтому в кривой напряжения Ud появятся участки отрицательной полярности. Интервалы этих участков при данном угле а зависят от отношения τ= Ld/ Rd .
С ростом при постоянном задержка в уменьшении тока до нуля возрастает и участки отрицательной полярности в кривой будут занимать больший интервал. При некоторых, достаточно больших значениях индуктивности ток может приобретать непрерывных характер. Из вышеизложенного следует, что среднее напряжение на нагрузке будет уменьшаться при работе на активно-индуктивную нагрузку.
