книги / Неуправляемые и управляемые преобразователи
..pdfрывном* регулировании,условно |
обозначаемого |
в дальнейшем тг &2 * |
|||||||||||||||
Ld |
= о о |
- зависимость |
(2.2). На |
рис.2 Л |
приведены графики |
этих |
|||||||||||
двух характеристик. Характеристика прерывистого регулирования |
|||||||||||||||||
(гп2 |
2,6^=0 |
) указывает |
на то,что |
UHCL^ |
уменьшается от |
UHd |
|||||||||||
до нуля |
при |
изменении |
|
Л |
от 0 до 160°, и дополнительных поясне |
||||||||||||
ний не требует. Характеристика непрерывного регулирования |
( ^ ^ 2 , |
||||||||||||||||
Ld |
- |
о о |
) имеет |
ту |
особенность, |
что напряжение |
U„d y |
стано |
|||||||||
вится |
равным |
нулю уже |
при |
0L = 90°. Кривая напряжения и |
|
для |
|||||||||||
об = 90° |
показана |
на |
рис.2.3, 6 . Нужно иметь в виду, что при |
||||||||||||||
этом должен |
протекать |
непрерывный |
ток |
нагрузки |
г |
. Практи |
|||||||||||
чески это возможно за счет энер |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
гии магнитного |
поля |
|
|
|
те |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
чение |
переходного процесса |
при |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
быстром увеличении Л от зна |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
чения Л < § до л |
= -у- » а также |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
при включении постороннего |
ис |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
точника |
постоянной |
э.д.с. |
на |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
выходе |
выпрямителя. Вентиль |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
проводит ток |
половину |
положи |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
тельной |
и половину |
отрицатель |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ной полуволн. Поэтому |
среднее, |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
значение UHdy |
равно нулю,хотя |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
мгновенное |
значение |
и |
"У |
не |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
равно нулю в течение всего пе |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
риода (кроме |
моментов |
прохож |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
дения через нуль )• При даль |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
нейшем увеличении*угла |
|
зажигания |
об |
в пределах |
|
|
|
||||||||||
вентиль |
остается открытый |
при отрицательном напряжении и 2 |
( за |
||||||||||||||
счет магнитной |
энергии |
L d |
) дольше, |
чем |
при |
положительном |
(как |
||||||||||
показано на |
рис.2.3, г |
|
). Поэтому среднее значение выпрямленного |
||||||||||||||
напряжения |
становится |
отрицательным. В нагрузке |
при этом должен |
протекать непрерывный |
ток i Hy (как |
и |
при |
Длительное |
|
протекание тока i му |
= |
в прежнем направлении (ток через вен |
|||
тиль может протекать только |
в одном |
направлен») при отрицатель- |
|||
ноы UHd (значит ток должен |
протекать |
навстречу |
UHd ) возможно |
|
|
|
- |
73 - |
|
|
|
Пульсации |
выпрямленного напряжения |
|
|||
При |
сравнении |
кривых выпрямленных |
напряжений неуправ |
|||
ляемого |
(см.рис Л . 4) и |
управляемого (см.рис.2.2) |
выпрямите |
|||
лей нетрудно заметить9 что напряжение |
на выходе |
управля |
||||
емого выпрямителя |
пульсирует |
значительно |
сильнее. |
Это осо |
бенно ярко выражено в трехфааных выпрямителях. Слабо пуль сирующее напряжение неуправляемого трехфазного выпрямителя распа дается в управляемом выпрямителе на отдельные импульсы (см.рис.2. 2, 5 ). Амплитуда первой гармоники Uém ty и коэффициент пульса ций по первой гармонике к п1у для управляемого выпрямителя нахо дятся по тому же дравиду, что и для неуправляемого выпрямителя (гл.1,§ 1.2). ОАнако кривая a gy (или и иу ) для управляемого выпрямителя несимметрична (см.рис.2.1; 2.2), поэтому ряд Фурье будет состоять из членов с синусами и косинусами. Амплитуда пер
вой гармоники определяется амплитудами |
и ^ sm1y косину |
соидального и синусоидального членов ряда |
Фурье: |
ç u =
После несложных, хотя и довольно громоздких вычислений, можно
найти отновение А (оL ) коэффициентов |
пульсаций управляемого |
|||
Âfff |
и неуправляемее |
выпрямителей |
[ i ] |
|
|
л /7/ |
|
|
(2.3) |
|
А {Л ) |
|
однотактного ( т п =3) |
|
На |
рис.2.6 приведены графики |
для |
и мостового ( тп =6) трехфааных выпрямителей в соответствии с формулой (2.3). Из графиков следует, что при регулировании вы прямленного напряжения изменением угла Л. резко возрастает ко эффициент пульсаций. При этом увеличивается требуемый коэффици ент сглаживания фильтра, габвриты и стоимость оглаживающих филь тров; это является недостатком управляемых (при помощи л. )ге- прямителей. Например, коэффициент пульсаций увеличивается в две раза при регулировании выпрямленного напряжения только на 5 %
в схеме Л а р и н о в а ^ = 6 ) и на 13 % в охеме Миткевича |
(т „ = з). |
Коэффициент ыощноотн управляемого выпрямителя, |
х |
Регулирование выпрямленного напряжения ври' помощи угла зажигания Л приводит н значительному потреблению реактивной"
- 7k -
мощности из питающей сети. Коэффициент мощности* определяемый выражением (I.I2I)* снижается. Снижение коэффициента мощности
объясняется тем* что при задержке |
зажигания вентиля на |
у г о д ^ |
||||||
кривая тока вторичной обмотки |
выпрямительного трансформатора |
|||||||
|
|
сдвигается по фазе на эту же ве |
||||||
|
|
личину |
où |
по |
отношению к |
кривой |
||
|
|
вторичного напряжения. Для |
поясне |
|||||
|
|
ния этого процесса на рис.2.7 при |
||||||
|
|
ведены временные диаграммы двух- |
||||||
|
|
полупериодного выпрямителя для |
||||||
|
|
L é |
Л °° |
|
= |
= C O nsi |
||
|
|
Импульс |
тока |
i |
сдвинут на угол |
|||
|
|
об |
по |
отношении |
к напряжении и гГ |
|||
|
|
Перлая |
гармоника |
тока i 2 i^ j , по |
||||
|
|
казанная |
пунктиром, совпадает по |
|||||
|
|
фвзе |
с |
импульсом |
тока £2/ , а |
|||
|
|
значит, тоже сдвинута по отноше |
||||||
|
|
нии |
к |
u 2f на угол „С . Кроме это |
||||
|
COS JL |
го, в выпрямителях средней и боль |
||||||
|
шой |
мощности |
нужно учитывать еще |
|||||
|
|
и процесс коммутации тока в фазах |
||||||
Рис.2.6 |
|
(гл.1, |
§ |
1,10), |
обуславливающий |
|||
|
фазный |
сдвиг |
на |
величину |
|
|||
|
|
|
||||||
согласно (I.I22). С учетом коммутации |
суммарный фазовый сдвиг |
£в управляемом выпрямителе будет определяться суммой:
is
> |
(2Л) |
а коэффициент мощности управляемого выпрямителя
X = )C O S |
= ^ C O s(cL + -J^ ) |
(2.5) |
При глубоком регулировании (изменением угла об ) коэффициент мощности снижается до 0,3+0,5, что являетоя очень крупным не достатком управляемых выпрямителей. И8-эа ниэкого коэффициента мощности глубокое регулирование не экономично. Повышение коэф фициента мощности управляемых выпрямителей - очень важней за дача. Для повышения коэффициента мощности разработаны (и про-
должают разрабатываться) различные специальные схемы (например, схемы с искусственной коммутацией). Однако всем им присущи то или иные недостатки и ни одна из них не нашла широкого приме нения.
Внешняя характеристика
При протекании тока нагрузки 1 происходят потери напря жения в различных элементах выпрямителя (как и в неуправляемом
выпрямителе). |
Поэтому |
ni и уве |
|
личении |
тока |
нагрузки |
выпрям |
ленное |
напряжение UH |
d умень |
шается. внешняя характеристика
У на* = / ^ у ) описывается формулой (1.125) с той лишь
разницей, что выходноо напря жение зависит еще от* угла oL . Например, для непрерывного ре гулирования внешняя характери стика с учетом (2.2) имеет вид
tTHd4 ~ COS “
-1 , |
). |
I2 *6) |
H d y [ <Р & |
1 |
( |
Поэтому внешняя характеристика управляемого выпрямителя сни мается (или рассчитыраотся)при постоянном значении угла &L . Снятые для нескольких фиксиро ванных значений </ внешние ха рактеристики образуют семей ство, показанное на рис.2.8.в При d » 0 внешняя характери стика управляемого выпрямите ля совпадает с характеристи кой неуправляемого выпрями теля (с фильтром типа L или без фильтра). 8 реальных схе мах индуктивность Ld всегда конечна ( LCL£ оо )э поэтому
Рис.2.7
Рис .2.8
рис.2.I,а и подробно рассмотренной выше, использован амплитуд ный способ. Схема сеточного управления чрезвычайно проста, од нако этот амплитудный способ обеспечивает малый диапазон изме
нения и низкую стабильность угла |
зажигания d |
. Из диаграмм |
||
рис.2.9,а (и рис.2.1/) |
видно, дто при |
увеличении UCQ угол d |
||
плавно увеличивается только до у |
При |
дальнейшем увеличении |
||
Uco тиратрон совсем не |
зажигается, а выпрямленное напряжение |
|||
скачком падает до нуля. ТЪким образом, |
угол d |
может измениться' |
||
в пределах |
% |
|
|
|
Низкая стабильность d объясняется тем, |
что пусковая характери-' |
стика тиратронов размывается в пусковую область (на рис.2.9 за
штрихована). Поэтому при заданном напряжении |
Uco на сетке зажи |
||
гание может произойти в любой |
точке от d é до d*. Как говорят, |
||
разброс угла зажигания |
а. |
1 |
2 |
û d |
при этом способе довольно большой. |
||
Ясно, что разброс угла |
зажигания приводит и |
к нестабильности |
выходного напряжения.
Можно подавать па сетку тиратрона и |
переменное напряжение, |
|
сдвинутое на 90° по |
отношению к и 2 При |
этом в пределах 0-90° |
напряжение на сетке |
отрицательно. Момент |
зажигания (угол d ) |
тоже будет определяться точкой пересечения пусковой области с кривой отрицательного напряжения на сетке. Изменяя амплитуду сеточного напряжения, можно изменять угол d . Впринципе эта разновидность амплитудного управления не отличается от преды дущей и имеет те же недостатки.
Фазовый способ
При этом способе управления (рис.2.9, Æ) на сетку тиратрона подается переменное напряжение и с с постоянной амплитудой, но с переменной фазой относительно напряжения вторичной обмотки U2. Изменение углао£ достигается путем изменения фазового сдви га сеточного напряжения и относительно напряжения и 2. При до
статочной амплитуде сеточного напряжения можно обеспечить зна чительно меньший разброс угла зажигания Û д 0са')% оледовательно, лучшуюстабильность выпрямленного напряжения.
Этот способ допускает плавное изменение d в пределах
О ^ d ^ УС
а плавное и з менение |
вых о д н о г о н а п р я ж е н и я |
от |
м а к с и м а л ь н о г о д о |
нуля. |
|||||||||||||||||
О д нако для о с у щ е с т в л е н и я с п особа |
т р е б у ю т с я |
у с т р о й с т в а п л а в н о |
из |
||||||||||||||||||
м е н я ю щ и е |
фазу н а п р я ж е н и я |
и с |
в |
т р е б у е м ы х |
п р е д е л а х |
- ф а э о с д в и - |
|
||||||||||||||
гающие у с т р о йства . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Импульсный |
способ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
При |
этом с п особе |
у п р а в л е н и я |
( р и с . 2 . 9 , б ) |
|
на |
о е тку |
тиратрона |
|
||||||||||||
п о дается |
запи р а ю щ е е напряжение |
Uco |
т а кой |
величины, |
ч т о б ы тира |
- |
|
||||||||||||||
тро н о с т авался з а к рытым в |
н а и х у д ш и х |
у с л о в и я х |
( |
при |
м а к с и м а л ь н о |
|
|||||||||||||||
воз м о ж н о м а н о д н о м напряжении) . |
В м о м е н т |
з а ж и г а н и я |
ти р а т р о н а на |
|
|||||||||||||||||
сетку от |
с п е ц и а л ь н о й |
с х емы (гене р а т о р а |
и м п ульоов) |
пос т у п а е т пря |
|||||||||||||||||
м о у г о л ь н ы й по л о ж и т е л ь н ы й |
импульс |
и у , |
н а з ы в а е м ы й |
упра в л я ю щ и м . |
|
|
|||||||||||||||
А м п л и т у д а и м п у л ь с а должна быть д о статочна для |
н а д е ж н о г о зажига |
|
|||||||||||||||||||
ния |
т и ратрона в н а и х у д ш и х |
у с л о в и я х |
(при |
м и н и м а л ь н о м напряжении |
|
||||||||||||||||
на аноде). Т а к о й импульс по д а е т с я к а ж д ы й период. При импуль с н о м |
|
||||||||||||||||||||
способе |
о б е с п е ч и в а е т с я в ы сокая |
с т а б и л ь н о с т ь угла |
з а ж и г а н и я |
e t |
|
||||||||||||||||
(очень м а л ы й разброо |
4 аС, |
п р и б л и ж а ю щ и й с я |
в н у л ю |
при к р у т о м |
фронте |
||||||||||||||||
импульоа) . |
Д л я ф о р м и р о в а н и я |
у п р а в л я ю щ и х |
и м пульсов |
ш и р о к о е |
распро |
||||||||||||||||
с т ранение по л у ч и л и |
п и к - т р а н с ф о р м а т о р ы |
и |
п и к - дроссели . |
И з м е нение |
|
||||||||||||||||
угла oL |
д о с т и г а е т с я |
и з м е н е н и е м |
м о мента |
подачи |
у п р а в л я ю щ е г о |
импуль |
|||||||||||||||
са |
во времени . Д л я |
это г о |
на |
п и к - т р а н с ф о р м а т о р |
п о д а е т с я |
напряжение |
|||||||||||||||
с ф а з о в р а 1' |
.еля, сдв и н у т о е |
по |
фаз е |
на |
н у ж н ы й |
у г о л |
по о т н о ш е н и ю |
к |
|||||||||||||
и г |
. Тс |
.JM |
образом, |
этот с п о с о б |
у п р а в л е н и я |
ф а к т и ч е с к и |
я в л я е т с я |
|
|||||||||||||
ф а з о н м п ульсным: в не м используются |
ф а з о о д в и г а ю щ н е |
у о т р о й о т в а |
- |
дл| |
|||||||||||||||||
и з м е н е н и я угл а «с , |
и г е н е р а т о р ы |
имп у л ь с о в - |
дл я |
о б е с п е ч е н и я |
высо |
кой стабил ь н о с т и м о м ента вклю ч е н и я . Т а к о е соч е т а н и е обеопечивает
изм е н е н и е |
оС |
в |
ш и р о к и х пределах: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 ^ OL < T L . |
|
|
|
|
|
|
В п р а к т и ч е с к и х |
|
с х е м а х ф а э о и м п у л ь с н ы й с п особ |
п о л у ч и л |
ш и р о к о е |
рас |
||||
п р остранение . |
На р и с . 2 . 1 0 , а приведена схема |
у п р а в л е н и я |
вентилем |
||||||
в о д н о п о л у п е р и о д н о н в ы п р я м и т е л е |
по |
ф а з о н н п у л ь с н о м у |
споообу . |
В |
|||||
н е й иепол ь з о в а н |
п и к - т р а н с ф о р м а т о р |
(ПТ) в соч е т а н и и |
с фаз о в р а щ а т е |
||||||
л е м (ФВ). |
При |
п о мощи ф а з о в р а щ а т е л я |
изме н я е т с я фа з а |
н а п р я ж е н и я и 2 |
|||||
в ы п р я м и т е л ь н о г о |
т р а н с ф о р м а т о р а . |
Пооле ф а з о в р а щ а т е л я |
переменное |
||||||
напр я ж е н и е |
а ^ |
п о д а е т с я на п и к - т р а н о ф о р м а т о р . П и к - т р а н с ф о р м а т о р |
|||||||
ф о р м и р у е т |
и м п у л ь с ы напр я ж е н и я |
и .пт в м о м е н т |
п р о х о ж д е н и я |
а |
|
через нуль ( р и с . 2 . 1 0 , 5 ). Положительные импульсы и посту
пают в се т о ч н у ю цепь и включают вентиль. В трехфазных выпрями телях схемы с е т о ч н о г о управления выполняются индивидуально для каждого вентиля. На практике применяется много различающихся
а |
8 |
|
Рис.2.10 |
но и с полнению схеп ce*iочного управления, однако во всех схемах реализуется описанный выше принцип. Ниже кратко - рассмотрен прин цип рабо т ы ф а з о в р а щ а т е л я \. пик-трансформатора .
|
|
Статическйй |
фазовращатель |
Д л я |
измен е н и я |
фазь: сеточного напряжения относительно |
|
а н одного |
м о г у т быть |
использованы |
лкСио фазсрогуляторы, напри |
мер, з а торможенный асинхронный двигатель с разным ротором.
Однако из-за ср а в н и т е л ь н о й |
простоты |
конструкции |
и легкости |
а в т оматического у п р а в л е н и я |
углом «Z |
наибольшее |
распростра |
нение получили статические фазовращатели . Статический фазо вращатель п р е дставляет собой п о стовую схему (рис.2.II), пле
чами которой |
являются |
две |
половины |
|
и VI* вторичной |
обмот |
||||
ки т р а н с форматора Тр |
%резистор R |
и |
конденсатор |
С . В одну |
||||||
диагональ м о с т а |
/,2 подается напряжение |
и 2 всей вторичной об |
||||||||
мотки. С |
другой |
диаго н а л и |
5,k |
снимается выходное |
напряжение |
|||||
USà/x « которое |
м о жет подаваться или в |
цепь сетка - катод тира |
||||||||
трона! или |
на |
пик - трансформатор . |
В зависимости от |
величин R и |
||||||
С напряж е н и е |
|
сдвинуто по |
фазе |
на |
некоторый у г о л отно |
|||||
сительно |
U2 |
(а |
значит, и |
относительно |
напряжения |
Uf |
на |
первичной обмотка w, ). Ьекторкая диаграмма |
рис.2.11,5 |
поясняет |
|||||||||||
принцип работы фазовращателя. Вектор напряжения |
|
, взятый |
за |
||||||||||
основу, равен сумма векторов |
ия |
(падение |
напряжения на |
Я |
) |
||||||||
и |
U |
( падение напряжения |
на |
С |
): |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
и2 = Ц + и с |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Но Ug |
■=■!■R. |
и совпадает по направлению с током |
I |
(ток указан |
|||||||||
пунктиром), |
опережающим по фазе |
напряжения |
£/, |
(как |
в активно- |
||||||||
емкостной цепи). А напряжение |
Uc |
отстает |
от тока ( |
|
и от ££ ) |
||||||||
на 90° (как |
в емкостной цепи). Значит, при любом |
сочетании Ц, |
|||||||||||
и |
Ü0 |
(т.е. |
при любых R |
и |
С |
) точка Ч всегда |
будет |
на |
полу- |
||||
о•<нужности, |
описанной на |
и 2 |
, как |
на диаметре |
(^^являетря |
|
|||||||
г••ног-яузой |
прямоугольного |
треугольника с катетами |
|
и |
Uc |
) , |
|
|
|
|
Рис.2.II |
|
|
|
|
|
|
|
Выходное |
напряжение |
ЩЬ1Х% снимаемое между |
точками |
3 |
(половина |
||||||
tl2 |
) и |
4 |
(точка |
соединения |
Я и |
С ), |
сдвинуто |
на угол |
Р |
||
по отношению к Ut |
(и к U1 |
). При |
изменении |
величины |
я угол |
||||||
V |
также |
будет изменяться. На холостом ходу |
( t ^ = 0 ) |
УПол |
Р |
||||||
может изменяться в |
пределах |
|
|
|
|
|
|
|
0 £ аС £ 480°
(как известно, ток сетки негорящего тиратрона равен нулю и фазовращатель в сеточной цепи до зажигания тиратрона работает в режиме холостого хода).