Тиристорные электроприводы постоянного тока

Поочередное управление последовательно соединенными преобразователями

Преобразователи могут быть соединены последовательно для уменьшения выходного напряжения каждого из них, а также для улучшения коэффициента мощности. Для примера рассмотрим два полуупр являемых преобразователя с фазовым управлением, сое­диненных последовательно (рис. 2.38, а) таким образом, что каж-

Kzzi _________ П£

—| 2тг

6)

Рис. 2.38. Поочередное управление последовательно соединенными преобразова­телями при N2/Ni=0,5: а — схема силовой цепи; б — диаграммы при фазовом управлении

Дый из них обеспечивает на выходе напряжение § диапазоне О—0,5 максимально возможного значения напряжения. Смысл та­кого включения состоит в следующем. Для регулирования напря­жения от нуля до половины максимального используется лишь один из преобразователей, второй же зашунтирован обратным ди­одом. Это означает, что при £/я* = 0,5 первый преобразователь пол­ностью открыт и его угол управления равен нулю. Такое состоя­ние эквивалентно сдвигу характеристик на рис. 2.34 влево вдоль оси ординат, т. е. увеличению коэффициента мощности в зоне низ­ких выходных напряжений. Для регулирования относительного напряжения выхода в зоне 0,5—1 один из преобразователей пол­ностью открыт (а = 0), а выходное напряжение другого регулиру­ется. Такой способ получил название поочередного управления последовательно соединенными преобразователями. В приводах с высоковольтными двигателями такие схемы имеют преимущества перед схемами с последовательным соединением тиристоров в од­ном преобразователе, поскольку позволяют осуществлять регули­рование с высоким коэффициентом мощности.

Полууправляемые преобразователи с фазовым управлением. На рис. 2.38, а представлена схема силовой цепи последовательно соединенных полууправляемых преобразователей с поочередным управлением. Преобразователи питаются от вторичных обмоток силового трансформатора. Вторичные обмотки имеют равные чис­ла витков, а коэффициент трансформации равен N^jNi = 0,5.

1. о<ия #<0,5. Выходное напряжение в этой зоне регулируется путем изменения угла ai преобразователя 1 и поддержания угла «2 преобразователя 2 равным я либо задержки управляющих им­пульсов, подаваемых на последний. Выражения для расчета основ­ных показателей приведены ниже:

Аг = я; 0<at < л;

3 Зак. 243

Ия* = — (1 + Cosctj);

1/2.

/ =

Т/2 /я

Cos na,

Nn

Ф„ = — «а4/2,

Где /г— целое нечетное число;

_ Уг (1 + Cos аг)

Я (1 — A-Jn)1'2 Cos ф2 = cos ctj/2;

Я (я — ах)

4 (1 + cos ах)

2. 0,5<(/я#<1,0. В этом диапазоне выходного напряжения пре­образователь 1 полностью открыт, а напряжение второго регули­руется, т. е. ai = 0, а 0<аг<я. На рис. 2.38, б приведены диаграм­мы напряжений и токов для aj = 0 и ой = 45°. Выражения для рас­чета основных показателей приведены ниже:

U= (3

/ = /я(1

/я (5 + 3cosrca2)1/2;

' я /гя

= — arctg [(sinna2)/(3 - f cos m.2)},

Ф п =

Где п— целое нечетное число;

КР =

3 - j - cos a2

Я (2 — За3/2я)1/2 3 + cos a2 (10 + 6 cos a2)1/2

1/2

Я (я — За2/4) 5 + 3 cos a2

Зависимость коэффициента мощности от выходного напряже­ния представлена на рис. 2.41 (кривая 6). В сравнении с просты­ми схемами однофазных преобразователей с фазовым управлени­ем в данном случае достигается заметное увеличение коэффициен­та мощности. Выигрыш растет при увеличении числа последова­тельно соединенных преобразователей.

Симметричное управление. Симметричное управление в одно - • фазных преобразователях дает возможность обеспечить большее значение коэффициента мощности, чем обычное фазовое управле-

1» = 1Я

T Преобразователь

L ~L

Ъ.

Шг Зя Sit

-1J2

L Л

5)

Рис. 2.39. Поочередное симметричное управление полууправляемыми преоб­разователями при N2/NI = 0,5:

А —схема силовой цепи; б — диаграммы токов н напряжений

Ние. Данный принцип может быть реализован и для последова­тельно соединенных преобразователей. На рис. 2.39 представлены два таких преобразователя, в одном из которых осуществляется естественная коммутация, в другом — принудительная.

1. 0<&я#<0,5. Изменение напряжения осуществляется при шунтированном цепью обратного диода преобразователя 2 путем регулирования угла открытия тиристоров преобразователя 1 с при­нудительной коммутацией в пределах 0<ai<90°. Выражения для расчета основных показателей приведены ниже:

Ия* = (Cos Щ)/2;

2 V п / У 2-],

К=

Tin

-cos mxjj

Ф n = 0; 2 У2 cos аг я(1 — 2а1/я)1/2 COS ф, = 1;

Я (я — 2аг)

|cos at

2. 0,5<£/яц.< 1. Напряжение выхода регулируется при полностью открытых тиристорах преобразователя 2 с естественной коммута­цией изменением угла коммутации преобразователя 1 в пределах 0<ai<90°. Выражения для расчета основных показателей приве­дены ниже:

Ияш = (1 + coscO/2;

/ = /я(1— 3aj/2n)

3* 67

/„ = Т/2 /я (1 + cos па^/пп;

Фп = 0;

Р _. Т/2~(1 + Cos ад.) . я(1 — За^я)172

Cos Ф1 = 1; Я (я — Зад/2)

1/2

Кг =

2 (1 - j - cos aj)

Зависимость коэффициента мощности от относительного выход­ного напряжения представлена кривой 7 на рис. 2.41. Эта харак­теристика иллюстрирует высокий коэффициент мощности данной схемы.

Поочередное управление полностью управляемыми преобразо­вателями. В тех случаях, когда необходимо полностью обеспечи­
вать рекуперативное торможение двигателя, применяются полно­стью управляемые преобразователи по схеме на рис. 2.40, а. Вви­ду отсутствия цепей обратного диода преобразователи не шунти­руются, поэтому оба преобразователя управляются одновременно. Поочередное управление обеспечивается при полностью включен­ном (а=0) или выключенном (а=180°) одном преобразователе и регулируемом другом.

В выпрямительном (двигательном) режиме работы угол (управ­ления ai преобразователя 1 равен нулю, а угол управления преоб­разователя 2 изменяется в пределах 0<а2<180°, определяя поло­жительное выходное напряжение. При (Х2 = 0 оба преобразователя полностью открыты и выходное напряжение максимально. При 02=180° выходные напряжения обоих преобразователей компенси­руют друг друга и суммарное напряжение выхода равно нулю. Диаграммы напряжений и токов для случая aj==0 и а2 = 60° пред­ставлены на рис. 2.40, б.

В инверторном (рекуперативном) режиме работы угол а2 пре­образователя 2 равен 180°, в то время как для преобразователя 1 он изменяется в пределах 0<ai<180°. Такие углы управления обеспечивают отрицательное суммарное напряжение на выходе преобразователя ия (рис. 2.40, в).

Формы кривых тока сети I и выходного напряжения преобра­зователя ия, представленные на рис. 2.40, аналогичны полученным для однофазного полууправляемого преобразователя с фазовым управлением, поэтому их энергетические характеристики, в том числе коэффициент мощности, также подобны. По коэффициенту мощности рассматриваемая схема превосходит простую полностью управляемую, но уступает полууправляемой схеме с поочередным ^управлением.