6. Регуляторы напряжения и коммутаторы

Полупроводниковые преобразователи переменного тока, которые служат для регулирования напряжения и для бесконтактной коммутации тока в однофазных и многофазных электрических цепях называются регуляторами напряжения, бесконтактными пускателями и переключателями. Данные устройства применяются для регулирования действующего напряжения от напряжения, которое подается на вход преобразователя, до нуля без изменения частоты или с понижением частоты напряжения до нуля. Их используют для регулирования мощности и для бесконтактного включения, выключения потребителей электрической энергии, для ограничения уровня напряжения, для снижения пусковых токов при мягком пуске электропривода. Конструктивно силовая схема данных устройств представляет собой тиристорный ключ или ключ, собранный на симисторе, другом полупроводниковом приборе. Коммутация приборов естественная, за счет переменного напряжения на входе преобразователя. Управление силовыми полупроводниковыми приборами может выполняться импульсно-фазовым способом, а для снижения частоты напряжения на выходе преобразователя применяют управление модуляцией на низкой частоте. Система импульсно-фазового управления может изготавливаться такой же, как и для выпрямителей. На рис. 6.1 показана сравнительно простая схема системы управления однофазным тиристорным регулятором напряжения, собранная на двух базовом транзисторе VT1. Система управления позволяет плавно изменять угол регулирования тиристоров при работе тиристорного ключа с активной и активно-индуктивной нагрузкой.

Рис. 6.1. Принципиальная электрическая схема однофазного тиристорного регулятора напряжения

Пачка импульсов управления тиристорами ключа VS1, VS2 в течение полупериода входного напряжения может формироваться с момента перехода через нуль переменным напряжением на входе или с задержкой на угол α в зависимости от положения движка резистора R₃. С введением угла регулирования α питающая сеть неэффективно используется и загружается током основной и нечетных гармонических составляющих, что может вызывать нелинейные искажения формы напряжения в питающей сети. Как у всех полупроводниковых преобразователей напряжения, у регуляторов напряжения полная мощность на выходе снижается до нуля с увеличением глубины регулирования, поэтому энергетические показатели технологических установок ухудшаются. Из временных диаграмм напряжений и токов следует, что при одном и том же токе i на входе и на выходе преобразователя, напряжение на выходе u_вых. преобразователя смещается по фазе относительно напряжения на входе преобразователя, а его действующее значение уменьшается. Из-за снижения полной мощности на выходе преобразователя электрическая энергия источника и системы электроснабжения неэффективно используется для выполнения работы в технологическом процессе и для энергообмена. При смещении мгновенного значения напряжения на выходе преобразователя относительно напряжения на входе, также относительно напряжения на входе смещаются по фазе мгновенные значения токов гармонических составляющих даже при активном характере электрического сопротивления нагрузки.