1 Описание силовой схемы и процессов её работы

В преобразовательной технике электропривода имеется несколько схем однофазных выпрямителей, выполненных на силовых полупроводниковых приборах: однополупериодная, двухполупериодная с нулевой точкой, двухполупериодная мостовая схема. Все эти схемы могут быть выполнены на неуправляемых (диодах), на управляемых (тиристорах и транзисторах) и в комбинации управляемых и неуправляемых приборов (диоды, тиристоры, транзисторы).

Наиболее предпочтительной схемой однофазного выпрямителя является несимметричная мостовая схема управляемого выпрямителя, в которой два поперечных плеча моста выполнены на неуправляемых вентилях (диодах), а два других – на управляемых вентилях (тиристорах). Эта схема обладает также повышенным коэффициентом мощности, лучшей регулировочной характеристикой и более простой схемой управления тиристорами выпрямителя [1, 2].

На рисунке 1.1 представлена силовая схема выпрямителя, а на рисунке 1.2 – временная диаграмма процессов его работы.

Рисунок 1.1– Силовая схема выпрямителя

Напряжение сети переменного тока подводится к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к выпрямителю (рис. 1.1). От выпрямителя питается двигатель постоянного тока, подключённый к его выходу через сглаживающий дроссель (СД). Обмотки якоря (Я) и возбуждения (ОВ) двигателя включены между собой последовательно. Для устойчивой работы двигателя в ре­жиме его коммутации параллельно обмотке возбуждения включено постоянное со­противление шунтирующего резистора R_m. В данной схеме выпрямителя реализуется фазовый способ регулирования выпрямленного напряжения на двигателе за счёт изменения угла отпирания α тиристоров. Увеличивая или уменьшая угол α, можно уменьшать или увеличивать среднее значение U_d выпрямлённого напряжения вы­прямителя. Наибольшее значение U_d будет при = 0 и равное нулю – при = 180°.

Рисунок 1.2 – Диаграмма процессов работы выпрямителя

Рассмотрим работу выпрямителя на интервале времени двух полупериодов напряжения сети (рис. 1.2). В первый полупериод напряжения сети, при котором ЭДС вторичной обмотки трансформатора имеет полярность, обозначенную на рисунке 1.1 по направлению стрелкой «справа-налево», выпрямленный ток нагрузки i_d протекает через тиристор VS1 и диод VD2. Изменение полярности на­пряжения вторичной обмотки трансформатора в момент на обратное (направле­ние стрелки – слева направо) приводит в начале второго полупериода к коммутации тока из диода VD2 в диод VD1. В результате ток через диод VD2 уменьшается от величины I до нуля, а через диод VD1 увеличивается от нуля до величины I_d.

В период сетевой коммутации (коммутация называется сетевой потому, что происходит в начале полупериодов при смене полярности напряжения сети) диодов VD1 и VD2 на протяжении длительности угла коммутации, выпрямлённое напряжение U_d равно нулю. Напряжение равно нулю, так как вторичная обмотка трансформатора находится в за­короченном состоянии с помощью открытых диодов VD1 и VD2, которые создают равные потенциалы её обоих концов, т. е. U₂ = 0.

Одновременно в период коммутации возникает буферный контур разрядонакопленной электромагнитной энергии в индуктивности цепи выпрямленного тока (сглаживающий дроссель (СД) и обмотки (Я) и (ОВ) двигателя постоянного тока (Д)). Ток разряда накопленной энергии протекает через ранее открытый тиристор VS1 и отпирающийся диод VD1 под действием ЭДС самоиндукции, возникающей в индуктивностях (СД) и (Д). Этот разрядный ток используется в двигателе, так как увеличивает среднюю величину тока I_d на интервале коммутации и уменьшает его пульсацию.

Если бы этого буферного контура не было (в случае, когда вместо диодов VD1 и VD2 были бы тиристоры), то накопленная энергия в цепи выпрямленного тока разряжалась бы во вторичную обмотку трансформатора (т. е. в сеть) через работающие с предыдущего полупериода тиристоры. Такой режим работы увеличивает реактивную и уменьшает активную составляющие полной мощности, забираемой выпрямителем из сети для работы двигателя. В результате чего коэффициент мощности выпрямителя понижается.

После окончания коммутации , напряжение U_d продолжает быть равным нулю до момента полного открытия тиристора VS2 во втором полупериоде напряжения сети. Передача энергии от сети через трансформатор к двигателю возобновляется при открытии тиристора VS2 в момент, определяемый углом отпирания . В этот момент начинается вторая коммутация , когда в тиристоре VS2 ток увеличивается от нуля до величины i_d, а в тиристоре VS1 ток уменьшается от величины I_d до нуля. После завершения процесса второй коммутации ток в двигателе протекает через тиристор VS2 и диод VD1 под воздействием напряжения вторичной обмотки трансформатора.

В следующем (первом) полупериоде напряжения сети в выпрямителе начнут протекать процессы, аналогичные рассмотренным процессам во втором полупериоде. Буферный контур разряда энергии цепи выпрямленного тока в первом полупериоде будет создаваться уже теперь через вентили VS2 и VD2.