Тиристорные электроприводы постоянного тока

Принудительная коммутация

В обычных преобразователях с фазовым управлением тирис­тор коммутируется напряжением сети в момент включения сле­дующего тиристора (естественная коммутация). Однако если каждый тиристор обеспечить собственной цепью коммутации, он сможет переключаться в любой требуемый момент времени. На рис. 2.37, а в штриховых квадратах представлены тиристоры с собственными коммутирующими цепями. Для упрощения схемы цепи принудительной коммутации не изображены, они могут быть выполнены различным образом [7—9]. Тиристорный ключ может быть включен и выключен в любой момент времени.

Ниже описываются три способа обеспечения принудительной коммутации [10], улучшающих coscp и другие показатели приво­да.

Регулирование угла закрывания. В схеме регулирования угла

Закрывания, диаграммы напряжений и токов в которой представ­лены на рис. 2.37, б, тиристор VS1 включается в фазе 0° и закры­вается с помощью принудительной коммутации в фазе р. Сред­нее выходное напряжение регулируется изменением угла закры­вания. Первая гармоника I потребляемого из сети тока I, как видно на рис. 2.37, б, опережает напряжение сети, cos ср при этом опережающий и может оказывать компенсирующее влияние на падение" напряжения сети.

Уравнения для напряжений и токов могут быть получены ра­нее описанными способами, поэтому ниже приведены лишь резуль­таты их решения:

£/„'=(1— cosP)/2; (2.111)

/ = /я Vp/jF; (2.112)

/ — 2 "|/2~ /я J± ■ (2.113)

TOC o "1-3" h z п пл 2

Ф„ = я (я/2 — р/2), (2.114)

Где п — целое нечетное число;

КР= V2~(l-cosP) . 2115

У яр

Cos ф = sin (Р/2) (опережающий); (2.116)

11/2

Лф______ . 1

4(1 — cosp)

При использовании полууправляемого преобразователя харак­теристики в режиме принудительной коммутации аналогичны ха­рактеристикам при фазовом, управлении, за исключением cos ф, который, как указывалось, в режиме принудительной коммутации опережающий.

Симметричное управление. В схеме симметричного управления углом коммутации, принцип действия которой проиллюстрирован рис. 2.37, в, тиристор VS1 открывается в фазе а и закрывается в фазе я—а. Уравнения, определяющие наиболее важные показате­ли привода, приведены ниже:

Иы= cosa; (2.118)

/ = /я(1 —2сс/я)1/2; (2.119)

I = 21/2 /я C0STO; (2.120)

П пл

Где п — целое нечетное число;

Ф„ = 0; (2.121)

КР= 2T/Tcos« . я(1 — 2а/я)1/2

Cos ф = 1; (2.123)

Kc== я (л-2а) (2Л24)

8 cos2 а

В подобных схемах импульсы потребляемого из сети тока расположены симметрично относительно максимумов напряже­ния сети, поэтому 1-я гармоника тока находится в фазе с питаю­щим напряжением, что обусловливает равенство соэф единице и повышенный коэффициент мощности.

Широтно-импульсное управление. В схемах с фазовым управ­лением, принудительной коммутацией и симметричным управле­нием кривая тока сети содержит один импульс в каждый полупе­риод изменения напряжения сети; низшей гармонической состав­ляющей этого тока является 3-я. Отметим, что низшие гармони­ческие трудно отфильтровать. Их можно исключить или умень­шить, увеличив количество импульсов тока в течение полупериода питающего напряжения. При широтно-импульсном управлении тиристор открывается и закрывается несколько раз за каждый полупериод, как показано на рис. 2.37, г. Изменением длительно­сти фазы открытого состояния тиристоров регулируется выходное напряжение преобразователя. Низшие гармоники могут быть уменьшены или исключены совсем путем правильного выбора ши­рины импульсов и их числа за полупериод. Состав высших гар­монических расширяется, однако они могут быть легко отфильтро­ваны.

Принцип широтно-импульсной модуляции питающего напряже­ния проиллюстрирован на рис. 2.37, г. Здесь сигналы, переводя­щие тиристор в открытое состояние, вырабатываются в результате сравнения импульсов напряжения ыт треугольной формы с вы­прямленным синусоидальным напряжением ис, которое находит­ся в фазе с питающим напряжением и. Регулировка выходного напряжения ия осуществляется изменением амплитуды ис или коэффициента модуляции т, определяемого как

М ~ М с, тах^ч Max■

Для получения выражений, определяющих показатели элект­ропривода, с помощью метода Ньютона [11] находятся точки пересечения кривых ис и иТ и соответствующие моменты перехода тиристора в открытое аи и закрытое состояния.

Определив аи и интересующие нас показатели привода мож­но вычислить по следующим формулам:

Я Р Pft _

Ия = -I- J" ияй{Ш) = JJ J sin Qtd(Qt) = U Х

О K= 1

Р

X V(cosaft~cospft) (2.125)

K=i

Р

*2™S (cos«ft—cosPft).

Где P — число импульсов за полупериод.

Ввиду симметричной формы тока сети I четные гармонические отсутствуют и справедливы следующие выражения:

/о = 0;

Йп = 0;

Р

= JL J г Sin (NQt) D (Qt) = Jj (Cos Nah — Cos Nfo); (2.128)

Jn = bjV2-

1/2

P

J] (Pfc-Ofc)

Fc=i

^ = /,//; Cos ф = Cos cpt — 1 ;

При широтно-импульсном управлении угол сдвига 1-й гармо­Ники" тока равен нулю, созф=1, а коэффициент мощности весьма высок. Из низших гармонических присутствует лишь 5-я при четы­рех импульсах за полупериод или 7-я при шести. Таким образом, трудно фильтруемые низшие гармоники ликвидируются либо по­давляются путем рационального выбора числа импульсов за пери­од. Отметим, что шаротно-импульсное управление возможно лишь при значениях коэффициента модуляций т, меньших единицы.

Энергетические характеристики при фазовом, симметричном, широтно-импульсном управлении и при управлении углом закры­вания приведены на рис. 2.41—2.44. Описанные преобразователи с принудительной коммутацией позволяют заметно улучшить энер­гетические показатели электропривода.