3.2.1. Ограничения на формирование импульсов управления

Подача импульсов управления на тиристоры ВИП должна соответствовать определенным условиям. Так, на первой зоне регулирования, нулевые импуль­сы поступают в начале соответствующего полупериода на тиристорные плечи и только после достижения необхо­димого значения анодного напряжения, достаточного для уверен­ного открытия тиристоров этих плеч ВИП. Минимальный угол открытия тиристоров ВИП, отсчитываемый с момента пере­хода напряжения трансформатора через нуль, при синусоидаль­ной форме и номинальном питающем напряжении составляет 9 ± 2 эл.град. При искаженной форме питающего напряжения необхо­димое значение корректирует блок управления БУВИП.

Очередные импульсы управления на первой зоне регулирования должны поступать на тиристоры плеч только по завершении сетевой коммутации , происходящей после подачи на тиристоры ВИП управ­ляющих импульсов . Таким образом, минимальное значение угла регулирования при работе на первой зоне регулирования должно удовлетворять условию: .

Максимальное значение угла регулирования должно быть также ограничено по фазе. Это связано с необходимостью открытия тиристорных плеч при уменьшающемся к концу полупериода прямом анодном напряжении. Кроме того, для нор­мальной работы ВИП необходимо, чтобы фазная коммутация , наступающая после подачи импульсов на тиристоры ВИП, завершилась до конца очередного полупериода напряжения. Поэтому максимальное значение угла регули­рования должно определяться соотношением: < . Величина угла устанавливается в блоке БУВИП.

Работа преобразователя на второй зоне регулирования от­личается тем, что выпрямленное напряжение формируется под действием двух секций обмоток трансформатора (I и II). Форма выпрямленного напряжения и мгновенные схемы за­мещения преобразователя на второй зоне регулирования пока­заны на рис. 3.2, б и рис. 3.4 соответственно.

Из кривой выпрямленного напряжения (рис. 3.2, б) видно, что в момент времени , ( ) определяемый углом регулирования , к напряжению секции I трансформатора добавляется напряжение секции II, уве­личивающее среднее значение выпрямленного напряжения . Согласно алгоритму управления (рис. 3.1), импульсы управления подаются в соответствующие полупериоды на тиристоры плеч и , определяя интервал совместной работы I и II секции обмоток трансфор­матора. Новыми для этой зоны регулирования являются нерегу­лируемые, задержанные по фазе импульсы , поступающие в со­ответствующие полупериоды на тиристоры плеч и .

Интервалу (рис. 3.2, б) соответствует схема замещения (рис. 3.4). Из нее следует, что через открытые тиристоры преобразователя и в цепи нагрузки протекает ток под действием напряже­ния секции I трансформатора. В момент подается импульс уп­равления на тиристоры плеча и начинается коммутация тока с тиристоров на (интервал ), после чего в рабо­те оказываются уже две секции трансформатора – I и II. Совместная работа двух обмоток продолжается на активном интер­вале .

Рис. 3.4. Схемы замещения преобразователя на второй зоне регулирования

В начале следующего полупериода меняется по­лярность напряжения трансформатора. С задержкой от начала второго полупериода ( ) импульсы управления ₀ подаются на тиристоры плеча и происходит коммутация тока с тиристоров на (интер­вал ), которому соответствует угол коммутации '₀. После ее завер­шения и подачи задержанного по фазе импульса управления на тиристорное плечо происходит вторая коммутация "₀ (интервал ). Таким образом, при работе на второй зоне регулирования на интервалах времени и последовательно протекают две коммутации: в большом и малом коммутирующем контурах. В большом контуре ток ком­мутации протекает под действием суммарного напряжения двух обмоток I и II, а в малом – за счет напряжения секции I, т. е. сетевая коммутация состоит из двух подынтервалов продолжительностью '₀ и "₀ (рис. 3.2, б).

Во втором полупериоде (напряжение трансформатора отме­чено штриховой линией на рис. 3.2, б и рис. 3.4), после окончания сетевой коммутации '₀ + "₀ ток I_d замыкается через вен­тили групп и (интервал ). На нагрузку поступает положительная полуволна напряжения , определяемая напряжением секции I трансформатора. Затем, после завершения фазной коммутации _p (ин­тервал ), к напряжению обмотки I добавляется напряжение секции II. Продолжительность их совместной работы на интервале определяется углом регулирования .

После сетевой коммутации  = '₀ + "₀, происходящей на интервале , конфигурация ВИП возвращается в состоя­ние, соответствующее схеме замещения преобразователя на интер­вале . Затем процессы в схеме повторяются.

Переход на третью зону регулирования происходит автома­тически за счет мгновенной замены обмоток секций трансформатора I, II, равной по напряжению секцией III. Переход со второй на третью зону регулирования показан на рис. 3.5. В конце интервала второй зоны регулирования напряжение  трансформатора меняет знак и на участке становится положительным (рис. 3.5, а), но ток нагрузки протекает противоположно полярности напряжения за счет энергии, накопленной в индуктивности нагрузки. При переходе на третью зону регулирования в момент на тиристоры плеча подаются импульсы управления и происходит коммутация тока с тиристоров плеча на тиристорное плечо (рис. 3.5, а). Коммутация протекает под воздействием напряжения трех секций вторичных обмоток трансформатора, поэтому конфигурация схемы ВИП изменяется практически мгно­венно.

Рис.3.5 Процесс перехода со второй зоны регулирования в третью

После окончания коммутации ток в цепи тяговых двига­телей протекает под действием напряжения секции III через ти­ристоры плеч и , что соответствует интервалу работы преобразователя на третьей зоне регулирования. Таким образом, происходит замена двух секций I и II транс­форматора на равную по напряжению секцию III.

Аналогично осуществляется переход во втором полупериоде напряжения. Процесс изменения конфигурации схемы ВИП показан на рис. 3.5, б. Отличие состоит в том, что импульсы управления подаются на тиристорное плечо . После завершения коммутации это приводит к образованию контура тока нагрузки через тири­сторы плеч и под действием напряжения секции III (по­лярность напряжения показана штриховой линией). Это соответствует интервалу работы преобразователя на третьей зоне регулирования.

Таким образом, переход на третью зону регулирования осуществляется в начале полупериода путем перевода импульсов управления с тиристоров на второй зоне на тиристоры на третьей зоне регулирования.

Диаграмма выпрямленного напряжения и мгновенные схемы замещения преобразователя на третьей зоне регулирования показаны на рис. 3.2, в и 3.6. В данном случае имеются те же временные интервалы в кривой выпрямленного напряжения , что и в кривой напряжения на второй зоне регулирования. Так, согласно алгоритму работы преобразователя (см. рис. 3.1), импульсы управления подаются в соответствующие полу­периоды на тиристоры плеч . За счет этого к напряжению секции III трансформатора на интервалах и (см. рис. 3.2, б) добавляется напряжение секции II, увеличивая среднее значение выпрямленного напряжения нагрузки. Аналогично второй зоне регулирования происходят процессы сетевой коммутации на интервалах и посредством последовательной подачи в соответствующие полупериоды импульсов управле­ния на тиристоры плеч и задержанных по фазе импуль­сов на тиристорные плечи .

В конце третьей зоны регулирования при уменьшении угла регулирования возрастает время совместной работы секций I и III трансформатора. Это увеличивает выпрямленное напряже­ние от в начале до в конце третьей зоны.

Рис. 3.6. Схемы замещения преобразователя на третьей зоне регулирования

Работа преобразователя на четвертой зоне регулирования имеет тот же характер, что и работа ВИП на второй и третьей зоне. Мгно­венные схемы замещения преобразователя на этой зоне ре­гулирования представлены на рис. 3.7. На рис. 3.2, г приведена форма кривой выпрямленного напряжения . Согласно алгоритму управления в соответствующие полупериоды на ти­ристоры плеч подаются нулевые импульсы , а на тиристорные плечи –задержанные по фазе импульсы . Сетевая коммутация  = '₀ + "₀ протекает на интервалах и . Выпрямленное напряжение регулируется за счет изменения фазы импульсов регулирования тиристоров . Из анализа кривой следует, что при минимальном значении угла регулирования продолжительность совместной работы всех трех вторичных обмоток трансформатора наибольшая, в этом случае среднее значение выпрямленного напряжения достигает номиналь­ного значения 1400 В.