3577
.pdfтельно, уравнительный ток в контуре ограничивается только одним (ненасыщенным) реактором.
Если уравнительные реакторы выполнить ненасыщающимися при протекании суммы токов нагрузки и уравнительного, то можно ограничиться одним реактором в контуре уравнительного тока. Однако в этом случае перекрестные и встречно-параллельные схемы, кроме схемы (рис. 5.6), окажутся несимметричными для положительного и отрицательного направлений тока нагрузки, так как в контуре тока нагрузки только одного направления окажется индуктивность. Встречно-параллельная схема (рис. 5.6) будет симметричной для обоих направлений токов, если ненасыщающиеся реакторы (по одному в каждом контуре уравнительного тока) будут установлены в противоположных плечах моста (L1, L4 или L2, L3). В Н-схеме (рис.5.7) возможно применение четырех насыщающихся или двух ненасыщающихся уравнительных реакторов, соединенных аналогично реакторам во встречно-параллельной схеме. Однако наиболее рациональным является включение одного ненасыщающегося уравнительного реактора между нулевыми точками вторичных обмоток трансформатора, так как по нему наряду с током нагрузки протекают уравнительные токи обоих контуров. Первый уравнительный ток будет протекать через полукомплекты В1, Н2, второй - через Н1 и В2.
Ненасыщающиеся реакторы одновременно выполняют роль сглаживающего дросселя. Уравнительный ток снижает КПД и коэффициент мощности управляемого выпрямителя, а уравнительные реакторы увеличивают его габаритные размеры и массу.
Одним из наиболее перспективных направлений по уменьшению габаритных размеров и массы реверсивных управляемых выпрямителей явилось применение раздельного управления комплектами, при котором импульсы подаются только на один (работающий) комплект, а со второго они снимаются, и он оказывается закрытым. При этом уравнительные токи отсутствуют, и надобность в уравнительных реакторах отпадает.
Раздельное управление применимо при любой схеме соединения тиристорных комплектов (перекрестной, встречно-параллельной, Н-схеме), но ввиду указанных выше преимуществ реверсивные выпрямители с раздельным управлением преимущественно выполняются по встречно-параллельной схеме.
5.3.2. Совместное линейно-согласованное управление реверсивным управляемым выпрямителем
В реверсивном выпрямителе с совместным управлением между комплектами В и Н (рис. 5.10) всегда протекает уравнительный ток, обуслов-
ленный разницей мгновенных значений ЭДС этих комплектов. Уравнительный ток имеет пульсирующий характер. Для ограничения уравнительного тока в его контур вводятся уравнительные реакторы. Однако ограничение пульсирующего тока реактором возможно только при прерывистом или гранично-непрерывном характере тока. Для предотвращения непрерывности тока уравнительное напряжение не должно содержать постоянной составляющей, т.е. среднее уравнительное напряжение
UУР Ed1 Ed 2 < 0. |
(5.19) |
Здесь и в дальнейшем при рассмотрении реверсивных выпрямителей ин-
декс 1 относится к комплекту В, |
|
индекс 2 - к комплекту Н. |
|
|||||||
Так как |
Еd1 |
Ed 0 |
|
cos |
1 ; |
|
|
(5.20) |
||
|
Ed 2 |
Ed 0 |
|
cos |
2 , |
|
|
(5.21) |
||
то из (5.19) получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
cos |
1 |
cos |
2 |
0 . |
(5.22) |
||||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 cos |
|
1 2 |
|
cos |
|
1 |
2 |
0 . |
(5.23) |
|
|
2 |
|
|
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5.8. Нулевые схемы реверсивных выпрямителей
с раздельным управлением
Рис. 5.9. Мостовые схемы реверсивных выпрямителей с раздельным управлением
Рис. 5.10. Схема реверсивного выпрямителя с совместным управлением
Последнее равенство выполнимо, если
1 |
2 |
(5.30) |
Следовательно, один из комплектов реверсивного выпрямителя дол-
жен работать в выпрямительном режиме, когда значение |
( ) меньше |
||||||
|
|
, а второй - в инверторном с |
2 ( 1 ) |
|
. |
|
|
2 |
2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
Управление комплектами тиристоров, при котором |
|
||||
1 |
2 |
, |
|
|
(5.31) |
||
|
|
называется линейно-согласованным. Если же |
|
||||
1 |
2 |
, |
|
|
(5.32) |
||
|
|
имеет место нелинейно-согласованное управление. |
|
При линейно-согласованном управлении средневыпрямленные ЭДС комплектов Еd1 и Еd2 равны по величине, но направлены противополож-
но (рис. 5.11).
Для согласования управления на входы систем импульсно-фазового управления комплектов подаются постоянные и равные напряжения смещения. В СИФУ с однополярным линейно-нарастающим опорным напряжени-
ем (рис. 1.27)
|
1 |
|
|
|
|
(U y1 U см1 ) |
|
|
|
|
|
(5.33) |
|||||||
|
|
U nM |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В1 |
|
|
RЭ1 |
|
|
|
RЭ1 В2 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RЯ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ed1 |
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
|
Ed2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Рис. 5.11. Схема замещения реверсивного |
|
||||||||||||||||||
выпрямителя с совместным управлением |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
U у2 Uсм 2 , |
(5.34) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
U nM |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где UnM - максимальное значение пилообразного опорного напряже- |
|||||||||||||||||||
ния. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задача сопряжения характеристик СИФУ при линейно- |
|||||||||||||||||||
согласованном управлении |
|
сводится |
к тому, чтобы обеспечить выпол- |
нение равенства (5.3) и чтобы при Uу1 = Uу2 = 0 получить = 2 . Для этого необходимо и достаточно, чтобы
U см1 |
U см 2 |
|
U nM |
|
(5.35) |
|||
|
2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Uу1 = -Uу2. |
|
|
||||
С учетом (5.35) регулировочные характеристики СИФУ могут |
||||||||
быть записаны в следующем виде: |
|
|
|
|
|
|||
|
1.2 |
|
|
U у , |
|
(5.36) |
||
|
|
|
2 |
U nM |
|
|
||
где ―-― относится к |
знак ―+‖- к |
и, U у* |
U у |
или представлены в |
||||
U nM |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
виде графиков (5.35). |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим характеристики "вход-выход" Еd (Uу), реверсивного |
||||||||
управляемого выпрямителя при совместном линейно-согласованном |
||||||||
управлении комплектами тиристоров. |
|
|
|
|||||
max |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
min |
|
|
|
|
|
|
|
|
-0,45 -0,30 -0,15 |
0 |
0,15 |
0,30 |
0,45 Uу |
|
|
||
Рис. 5.12. Регулировочные характеристики СИФУ реверсивного вы- |
||||||||
прямителя при совместном линейно-согласованном управлении |
|
|
|
ed* |
|
|
ed*max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
-0,45 |
-0,30 -0,15 |
|
0,15 0,30 |
|
0,45 U |
у* |
|
|||||||
|
|
|
|
- |
0,15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
0,50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
0,75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-ed*min
Рис. 5.13. Характеристика ―вход-выход‖ реверсивного выпрямителя при совместном линейно-согласованном управлении (m=6)
Так как при таком управлении отсутствует режим прерывистого тока, то с учетом (5.20), (5.21), (5.36) регулировочная характеристика имеет вид
Ed1.2 |
m |
Eфм sin |
|
cos |
|
|
|
U у |
m |
Eфм sin |
|
sin |
|
U у , (5.37) |
|
|
2 UnM |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
m |
|
|
|
|
m |
UnM |
(+) относятся к первому комплекту тиристоров, нижние (–) второму.
Следовательно, при совместно линейно-согласованном управлении комплектами реверсивного выпрямителя его характеристика ―входвыход‖ (рис. 5.13) однозначна (характеристики комплектов совпадают).
Вследствие совпадения характеристик ―вход-выход‖ комплектов тиристоров и исключения режима прерывистых токов внешние характеристики Ud (Id) реверсивного управляемого выпрямителя при совместном линейно-согласованном управлении становятся линейными (рис. 5.14) и аналогичными характеристикам генератора постоянного тока.
U
12
Id
Рис. 5.14. Внешние характеристики реверсивного выпрямителя при совместном линейно-согласованном управлении
5.3.3. Уравнительный ток в реверсивных выпрямителях с
совместным линейно-согласованным управлением комплектами
Рассмотрим уравнительные напряжение и ток во встречно-парал- лельной схеме реверсивного выпрямителя, так как она в настоящее время получила наибольшее распространение. Во встречно-параллельных реверсивных выпрямителях с нулевой схемой соединения тиристоров в комплектах имеется один контур для уравнительного тока (рис. 5.10). В мостовых схемах содержатся два контура, каждый из которых подобен рис. 5.10.
Дифференциальное уравнение для уравнительного тока iур, если пренебречь активным сопротивлением контура ввиду малости по сравнению с индуктивным при высокой частоте изменения уравнительного тока, запишется в следующем виде
U ур Lур 2La |
diур |
, |
(5.38) |
|
dt |
||||
|
|
|
где Uур - уравнительное напряжение, Lур - индуктивность уравнительного реактора.
При написании (5.38) также приняты допущения:
-один из реакторов, по которому кроме уравнительного тока протекает ток нагрузки, насыщен (Lур = 0);
-ток нагрузки идеально сглажен, поэтому не создает падения напряжения на Lур, что справедливо при Ld >> Lур;
-падение напряжения на тиристорах равно нулю.
Уравнительное напряжение равно разности мгновенных значений напряжений двух одновременно проводящих фаз выпрямительного и инверторного комплектов - линейному напряжению
U ур ed1 ed 2 EЛМ sin( t |
ОЛ ) , |
(5.39) |
где |
Елм, - амплитуда линейного напряжения; ол - значение фазового угла этого напряжения, соответствующее началу положительного участка Uур.
На рис. 5.14-5.15 приведены диаграммы мгновенных значений выпрямленных ЭДС ed1, ed2 комплектов тиристоров и уравнительного напряжения Uур для различных углов управления ( ).
Учитывая нулевые начальные условия для импульса уравнительного тока (iур = 0 при t = 0 ), из (5.38) и (5.39) имеем
|
|
EЛМ |
|
t |
Eлм |
|
|
|
|
i |
|
|
sin( t ОЛ )d t |
cos |
|
cos( t |
ОЛ ) . (5.40) |
||
ур |
(Lур |
2La ) |
(Lур La ) |
ОЛ |
|||||
|
|
0 |
|
|
|
|
Кривые уравнительного тока представлены на рис. 5.15 – 5.17. Поскольку при совместном линейно-согласованном управлении
кривые уравнительного напряжения симметричны относительно оси t, поэтому уравнительный ток будет однополярным, его значения в начале и в конце интервала оказываются одинаковыми и равными нулю
(iур ) t 0 |
(iур ) t |
УР |
0 , |
|
|
|
|
|
|
где ур - длительность импульса уравнительного тока, которая на- |
||||
ходится из условия iур = 0 при t = |
ур |
|
|
|
ур |
2( |
ОЛ ) . |
|
Рис. 5.15. Временные диаграммы напряжений и тока в уравнительном контуре при линейно-согласованном
управлении 0< 1< m , ___ ed1, ---- ed2
Диапазон изменения угла управления 0 < < можно разбить на m интервалов с длительностью каждого, равного m , где m - условное
число фаз (пульсность) схемы выпрямления одного комплекта (полукомплекта), входящего в контур уравнительного тока.
При 0 < < m в схеме (рис. 5.15) уравнительное напряжение соз-
дается одним междуфазным напряжением. Например, на интервале 1 t 2 (рис.5.15) уравнительное напряжение
Uур =ea-eb, а при 2 t 3 Uур = 0, так как в обоих комплектах реверсивного выпрямителя открыты тиристоры, относящиеся к одной
и той же фазе. Уравнительный ток iур2 при 0 < < m состоит из прерывистых импульсов тока с частотой mf e .
Рис. 5.16. Временные диаграммы напряжений и тока в уравнительном контуре при линейно-согласованном управлении:
|
|
|
|
|
|
|
2 |
, |
ed1, |
ed2 |
|
|
|
|
|
m |
1 |
m |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При |
|
|
2 |
(рис. 5.16) уравнительное напряжение создается меж- |
||||||
m 1 m |
дуфазными напряжениями eab = ea – eb на интервале 1 t 2 и еac = ea - ec при 2 t 3 . Уравнительный ток имеет гранично-непрерывный характер и содержит два последовательных импульса iур2 и iур1. Частота следования уравнительного тока 2mf e .
Если |
2 |
|
3 |
(рис. 5.17), то уравнительный ток iур = iур1 ста- |
|
|
1 |
|
|||
m |
m |
||||
|
|
|
новится прерывистым, в его создании участвует междуфазное напряжение eac = ea - ec. Частота уравнительного тока равна mf e . Анализируя кри-
вые уравнительных напряжений на периоде дискретности 2m , для значе-
ний начальных фазовых углов ол1 и ол2 (рис. 5.16) импульсов Uур и продолжительностей этих импульсов ур1 и ур2 можно получить [3]
|
(k 1) |
|
1 ; |
ур1 2 |
(k 1) |
|
|
1 ; |
|
||
ОЛ1 |
|
m |
|
m |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
k |
|
|
; |
|
2 |
k |
|
; |
|
ОЛ 2 |
|
m |
2 |
ур 2 |
|
m |
2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
ур1 |
ур 2 m . |
(5.41) |
Рис. 5.17. Временные диаграммы напряжений и тока в уравнительном контуре при линейно-согласованном
управлении: |
2 |
|
3 |
|
, |
ed1, |
ed2 |
|
1 |
|
|
||||
m |
m |
|
|||||
|
|
|
|
|
В (5.41) индекс 1 относится к импульсам тока iур1, начинающимся в момент коммутации первого комплекта, а индекс 2 – второго комплекта. При полном изменении угла управления (0 < k (m-1), причем при k = 0 отсутствует первый импульс тока и в (5.41) следует принять ур1 = 0, а
при k = m-1 отсутствует второй импульс, поэтому |
ур2 = 0. |
||||||||||||||||||
|
|
Среднее за период дискретности значение уравнительного тока |
|||||||||||||||||
|
|
|
m |
УР1 |
УР2 |
|
m |
|
|
|
|
|
|
ур1 |
ур1 |
|
ур1 |
||
I |
ур |
|
|
iур1d t |
iур 2 d t |
|
|
|
|
EЛМ1 |
sin |
|
|
|
|
cos |
|
|
|
|
|
(Lур |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
2 |
0 |
0 |
2La ) |
|
|
2 |
|
2 |
|
2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
EЛМ 2 |
sin |
ур 2 |
|
ур 2 |
cos |
ур 2 |
, |
|
|
(5.42) |
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
где Елм1, Елм2 - амплитуда линейных напряжений, формирующих импульсы уравнительных токов iур1 и iур2.
При изменении угла управления от 0 до уравнительный ток имеет (m-1) максимумов, соответствующих углам управления
|
k |
; |
|
k |
, |
(5.43) |
1 |
m |
2 |
m |
где 1 < k < (m - 1). При этом моменты коммутации вентилей обоих комплектов совпадают и на периоде дискретности возникает лишь один