Внешние характеристики тиристорных преобразователей

Внешняя характеристика преобразователя представляет собой зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от выпрямленного тока I_d при неизменном угле открытия тиристоров α. Вид внешней характеристики зависит от режима работы тиристорного преобразователя.

    Режим непрерывного тока. Режим непрерывного тока характеризуется тем, что ток якорной цепи непрерывен, т. е. последующий вентиль открывается не позже, чем ток предыдущего станет равным нулю. Длительность протекания через вентиль в этом режиме . В таком режиме работают преобразователи средней и большой мощности, а также реверсивные преобразователи при совместном согласованном управлении.

В общем случае уравнение внешней характеристики тиристорного преобразователя (ТП) имеет вид

 

                  (1.67)

 

где  − среднее значение падения напряжения на тиристоре;
n − количество тиристоров, работающих одновременно;  − эквивалентное сопротивление силовой цепи.

Эквивалентное сопротивление преобразователя, содержащего в силовой цепи якорную цепь двигателя, уравнительные и сглаживающие дроссели и работающего в режиме непрерывного тока находят по формуле

 

       (1.68)

 

где  − сопротивление трансформатора (анодных дросселей в бестрансформаторных схемах), приведенное к цепи постоянного тока;  − эквивалентное сопротивление, характеризующее коммутационное падение напряжения;  – активное сопротивление уравнительных и сглаживающего дросселей (при наличии их в схеме); − активное сопротивление якорной цепи двигателя. Расчет сопротивления обмоток трансформатора выполняется по формулам (1.14) и (1.19).

Эквивалентное сопротивление, характеризующее коммутационное падение напряжения, определяется как

 

   (1.69)

 

Активное сопротивление дросселя (сглаживающего или уравнительного) можно определить через потери в меди  при номинальном токе дросселя :

.                           (1.70)

 

Значения приведены в приложении, табл. П6 или П7.

Сопротивление якорной цепи двигателя, приведенное к рабочей температуре:

(1.71)

 

где , ,  – справочные значения сопротивлений обмоток якоря, дополнительных полюсов и компенсационной обмотки (табл. 9.1);  − сопротивление щеточного контакта, что соответствует постоянному падению напряжения в щеточном контакте, равному .

При отсутствии справочных данных о значении сопротивлений обмоток двигателя приближенно сопротивление якорной цепи можно определить по формуле

,                   (1.72)

 

где  - номинальное значение напряжения якоря, В;  – номинальный ток двигателя, А;  – номинальная мощность двигателя, Вт.

На основании уравнения (1.67) на рис. 1.4.5 в виде прямых линий с наклоном представлены внешние характеристики ТП. Характеристики, расположенные на рис. 1.4.5 в 1 квадранте, соответствуют выпрямительному режиму, а характеристики в IV квадранте – инверторному. В инверторном режиме преобразователя (когда ) эти характеристики справедливы лишь в диапазоне угла регулирования

 

 

где - угол коммутации вентилей, зависящий от тока нагрузки, угла управления, индуктивного сопротивления вентильной ветви и напряжения сети, определяется из соотношения [11]:

,  (1.73)

 

 - угол запаса инверторного режима, определяемый максимальным отклонением угла управления  вследствие асимметрии импульсов управления, углом дрейфа системы  и углом восстановления запирающих свойств тиристора .

Максимальное значение угла управления, при котором еще возможно безопасное инвертирование:

 

                                 (1.74)

 

Численные значения углов, о которых шла речь выше, составляют при частоте сети 50 Гц: [11].

Подставив эти значения в выражение (1.74), и, с учетом того, что  получим

Для гарантированного включения всех вентилей фронтом управляющего импульса минимальный угол управления должен быть не менее , что составляет

 

.                                    (1.75)

 

Для реверсивных преобразователей с согласованным управлением из закона согласования следует, что

,                             (1.76)

 

где  − угол управления выпрямительной группой вентилей;  − угол управления инверторной группой вентилей преобразователя.

 Следует учитывать, что

 

.                                   (1.77)

 

Уравнение линии предельного режима инвертирования, показано штрих-пунктиром 2 на рис. 1.4.5, имеет вид:

 

,              (1.78)       

где  - угол запаса инверторного режима.

Уравнение внешней характеристики преобразователя в инверторном режиме

 

,

 

где   угол опережения инвертора.

В пояснительной записке обязательно должна быть приведена расчетная таблица для построения характеристик, таблица должна иметь следующий вид:

 

	Выпрямительный режим										Инверторный режим
	0		30				90		150			0		120		180
	0		0		0		0		0			0		0		0

 

Режим прерывистого тока.

При совместном согласованном управлении реверсивными преобразователями режим прерывистого тока отсутствует.

 Такой режим возможен в нереверсивных, а также в реверсивных преобразователях с раздельным управлением группами вентилей.

Возникновение прерывистого тока нагрузки зависит от угла регулирования , отношения суммарных величин индуктивности  к активному сопротивлению  силовой цепи , а также от значения тока нагрузки  и противо-ЭДС .

При работе выпрямителя на якорь двигателя постоянного тока в зоне прерывистых токов , для выпрямительного и инверторного режимов справедливы следующие соотношения [3]:

граничное значение выпрямленного напряжения, соответствующее начально-непрерывному току:

(1.79)

 

граничное значение тока

; (1.80)

 

Граничное значение напряжения инвертора

 

; (1.81)

 

граничное значение тока в режиме инвертора (1.82)         

Граничные токи внешних характеристик преобразователя лежат на дуге эллипса. Учет влияния активных фазных сопротивлений  в граничном режиме, как и в режиме прерывистого тока, не имеет смысла, поскольку среднее значение тока нагрузки в этих режимах очень невелико. С учетом падения напряжения на вентилях напряжение преобразователя

 

                 (1.83)

На холостом ходу (когда =0) при  напряжение холостого хода преобразователя   равно амплитудному значению напряжения питания, т. е.  при  оно равно мгновенному значению напряжению питания:

 

.

 

Расчет внешних характеристик в зоне прерывистого тока ведется по следующей методике:
1. Для заданного значения , рассчитанного фазового параметра нагрузки  и при суммарной индуктивности силовой цепи ,определяем граничные значения напряжения и тока в выпрямительном и инверторном режимах работы преобразователя.

2. Задаваясь рядом значений длительности тока вентиля  в пределах , по уравнениям определяем координаты точек внешних характеристик преобразователя.

Для получения границ зоны прерывистого тока требуется составить расчетную таблицу следующего вида:

 

Выпрямительный режим				Инверторный режим
	30		90		120

 

При расчетах рекомендуется использовать вычислительную технику.

 

Вид внешних характеристик преобразователя с границей зоны прерывистого тока (линия А) показан на рис. 1.4.5.

 

Рис.1.4.5