Управляемый выпрямитель, как звено сау

При анализе статических свойств управляемого выпрямителя его структурную схему удобно представить в виде двух последовательно включенных звеньев (рисунок 6): системы импульсно-фазового управления (СИФУ) и собственно тиристорного преобразователя (силового блока). Входным сигналом СИФУ является напряжение управления U_у, которое преобразуется в угол регулирования тиристоров α и определяет среднее значение выпрямленного напряжения U_d на выходе силового блока.

 

Рисунок 6

Коэффициент передачи СИФУ представляет собой отношение приращения угла регулирования к приращению напряжения управления.

(34)

Коэффициент передачи собственно тиристорного преобразователя есть отношение приращения среднего значения выпрямленного напряжения к приращению угла регулирования тиристоров

(35)

Общий коэффициент усиления управляемого выпрямителя представляет собой отношение приращения среднего значения выпрямленного напряжения к приращению напряжения управления

(36)

и в соответствии со структурной схемой

(37)

Методика определения коэффициента усиления тиристорного преобразователя зависит от вида статической характеристики СИФУ. К настоящему времени разработано множество вариантов СИФУ с различными принципами фазосмещения. Для их реализации используются аналоговые или цифровые элементы.

В том случае, когда характеристика системы импульсно-фазового управления линейна, коэффициент усиления преобразователя целесообразно рассчитывать по выражению (33), определив предварительно коэффициенты передачи отдельных звеньев k_ТП и k_СИФУ. При расчете коэффициента передачи СИФУ в выражение (30) подставляют произвольное значение приращения угла отпирания, для которого известна величина приращения напряжения управления. Для определения коэффициента передачи собственно тиристорного преобразователя строится характеристика Еd =f(α). Вид этой характеристики зависит от схемы выпрямления и характера нагрузки. Обычно при анализе работы схем на активно-индуктивную нагрузку величину индуктивности нагрузки Lн принимают бесконечно большой, что позволяет значительно упростить основные расчетные соотношения. Рабочие участки на характеристике выбирают аналогично рассмотренному выше. Искомый коэффициент передачи расчитывается по выражению.

В некоторых преобразователях используются системы импульсно-фазового управления с так называемым арккосинусоидальными характеристиками, что позволяет получить линейную в пределах рабочего диапазона зависимость Ed = f(Uy). В этом случае при определении общего коэффициента усиления тиристорного преобразователя в формулу (30) подставляют произвольное значение угла отпирания, для которого известна величина приращения напряжения управления.

Тиристорный преобразователь как элемент структурной схемы электропривода в динамических режимах имеет свойства инерционного звена с передаточной функцией

(38)

Величина постоянной времени зависит от множества факторов, учет которых представляется очень сложным. Поэтому в практических расчетах величину принимают в пределах от 0,005 до 0,015 с.

ПРИМЕР РАСЧЕТА СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Исходные данные:

Преобразователь собран по мостовой схеме, k_сх =2,34.

U_с = 220 B – фазное напряжение вентильной обмотки трансформатора;

U_Уmax = 10 В – принятое максимальное значение напряжения управления.

При арккосинусоидальной характеристике СИФУ угол регулирования инвертора

(39)

При линейной характеристике СИФУ угол регулирования инвертора равен

(40)

ЭДС выпрямителя при мостовой схеме ТП

(41)

Для определения коэффициента усиления инвертора при различных вариантах СИФУ в соответствии с формулами (39), (40), (41) можно использовать программу расчета, выполненную с применением приложения "Mathcad". Индексом «1» отмечен вариант линейной СИФУ.

 

Рисунок 7 – Расчет статических характеристик управляемого выпрямителя

На рисунке 7 представлены результаты расчета регулировочных характеристик СИФУ (a), преобразователя (b) и коэффициента передачи выпрямителя (c).

Сплошной линией на рисунках отмечены характеристики выпрямителя при арккосинуидальной СИФУ, пунктирной – при линейной СИФУ. В первом случае k_п – величина постоянная, во втором – изменяется в диапазоне регулирования. Для дальнейших расчетов можно задаться областью регулирования ЭДС выпрямителя для конкретного механизма и определить соответствующее ей значение k_п.