Фазовое управление, СИФУ

Схемы бесконтактного регулирования тока и напряжения

Невозможность запирания тиристоров сигналом управления предопределило их широкое использование в схемах, где питание нагрузки осуществляется от знакопеременного источника энергии.

Силовые схемы выпрямления могут быть нереверсивными и реверсивными. Реверсивный преобразователь содержит два нереверсивных комплекта вентилей, каждый из которых пропускает ток через нагрузку в одном из двух возможных направлений. Нереверсивные и реверсивные преобразователи по числу фаз первичной обмотки трансформатора делятся на однофазные и трехфазные.

Схема соединений вентилей и вторичных обмоток трансформатора определяет силовую схему преобразователя.

Многообразие силовых схем можно подразделить на две группы, однотактные (с нулевым выводом, нулевые схемы) и двухтактные (мостовые).

В однотактных схемах каждая фаза источника энергии переменного тока проводит ток только в течение одного положительного полупериода – в один такт; в одном направлении проводимости вентилей, которые включены в каждую фазу. В мостовых схемах каждая фаза проводит ток в оба полупериода в два такта.

Основные силовые нереверсивные схемы выпрямления приведены в учебном пособии [5], где рассмотрены диаграммы выпрямленного напряжения не только при активном сопротивлении нагрузки, а также при работе ТП на активно–индуктивную нагрузку и другие особенности.

Рассмотрим однофазную, двухполупериодную мостовую схему (рис. 83), когда нагрузкой является активное сопротивление.

Из рисунка видно, что единственным способом изменения потока энергии через нагрузку является изменение момента подачи управляющего напряжения (импульсов) U _У(t) по отношению к фазе питающего напряжения. Это достигается с помощью системы импульсно–фазового управления (СИФУ).

СИФУ предназначена для вырабатывания управляющих импульсов, которые подаются на управляющие электроды тиристоров в нужные моменты времени синхронно с сетевым напряжением. В зависимости от величины напряжения на входе СИФУ U _ВХ управляющие импульсы могут сдвигаться по фазе относительно сетевого напряжения, создавая тот или иной угол открывания тиристоров α и регулируя тем самым среднее напряжение на нагрузке.

Характер нагрузки существенно влияет на работу тиристорного преобразователя.

Считаем, что коммутация тиристоров идеальная (открываются и закрываются мгновенно), нагрузка активная

Управляющие импульсы подаются на соответствующие тиристоры, у которых напряжение на аноде положительно, с запаздыванием на угол управления α (рис. 84).

В момент времени t ₁ открываются VS 1, VS 4 и проводят ток через нагрузку от A к B. В момент времени t ₂ эти тиристоры закрываются, так как напряжение на их анодах равно нулю.

В момент времени t ₃ открываются VS 2, VS 3 и проводят ток через нагрузку от B к A, а в момент t ₄ они закрываются

Главной особенностью является то, что кривые выпрямленного напряжения и тока по форме повторяют напряжение сети во время проводимости тиристоров за вычетом падения напряжения на тиристорах.

Тиристоры, в момент перехода напряжения через нуль, закрываются. Напряжение на нагрузке, когда тиристоры не проводят равно нулю.

При активной нагрузке в кривой выпрямленного тока возникают паузы при α ≠ 0, то есть преобразователь работает в режиме прерывистых токов.

Отсчет угла α производится от точки естественного отпирания вентилей (диодов). Очевидно, что с увеличением α выпрямленное среднее напряжение будет уменьшаться.

Получим среднее напряжение за один полупериод

(91)

где U ₂– действующее напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Напряжение тиристорного преобразователя при α = 0

(92)

где – коэффициент схемы выпрямления, это отношение среднего выпрямленного напряжения U_{d СР} при α = 0, к фазному напряжению подаваемому на ТП.

В результате получим

(93)

Таким образом, изменяя угол α, то есть момент подачи управляющего импульса, можно изменять приложенное к нагрузке напряжение. В этом и заключается фазовое управление.