Тема 1.2 напівпровідникові перетворювачі напруги

Докладну класифікацію статичних регульованих перетворювальних пристроїв за принципом дії та призначенням наведено на рис. 1.2.1.

Рис. 1.2.1

Лекція 4. Тиристорні перетворювачі напруги (ТПН) змінного струму у постійну (керовані випрямлячі). Призначення, класифікація, режими роботи. Типові схемні рішення силової частини ТПН, принцип роботи СІФК.

Завдання на СРС Особливості силових схем ТПН, основні параметри і розрахункові співвідношення, характеристики керування.

Література: 1, с.13-39; 2, с.40-62; 1а, с.223-253; 1б, с.153-159.

Питання для самоконтролю:

1. Нереверсивні керовані випрямлячі. Функціональна схема, типові схемні рішення силової частини, принцип роботи СІФК. Побудова характеристики «Вхід-вихід».

2. Інверторні режими роботи керованих випрямлячів.

1.2.1 Тиристорні перетворювачі постійного струму (керовнані випрямлячі)

Загальні відомості. В сучасних електроприводах постійного струму для живлення якірних кіл та кіл збудження машин широко застосовуються некеровані і керовані вентильні випрямлячі напруги. У некерованому випрямлячі використовуються напівпровідникові діоди. Вихідна напруга такого перетворювача не регулюється. Електрична енергія з мережі змінного струму віддається у коло постійного струму.

У керованих випрямлячах (КВ), які також називаються тиристорними перетворювачами (ТП), використовуються тиристори, що дає змогу змінювати напругу перетворювача на боці постійного струму за значенням і знаком. У КВ потік енергії може бути спрямований як з мережі змінного струму в коло постійного струму (режим випрямлення), так і в зворотному напрямку (режим інвертування).

Основні позитивні якості КВ полягають у високому коефіцієнті підсилення та ККД, малій потужності керування та високій швидкодії. До недоліків КВ слід віднести: пульсації вихідної напруги, низький коефіцієнт потужності при глибокому регулюванні напруги, високу чутливість до перенапруги, викривлення в мережах живлення, підвищений рівень випромінювання радіозавад.

КВ класифікуються:

• за вихідною потужністю: малопотужні ‑ до 10 кВт; середньої потужності – десятки-сотні кВт і потужні ‑ понад 1000 кВт;

• за кількістю фаз напруги живлення: однофазні й трифазні;

• в залежності від схем включення вентилів і приєднання навантаження: нульові і мостові, симетричні і несиметричні;

• за можливістю зміни полярності вихідної напруги: реверсивні та нереверсивні.

Експлуатаційні властивості КВ характеризуються такими параметрами і співвідношеннями:

• середніми значеннями випрямленої напруги U_d і струму I_d;

• коефіцієнтами корисної дії η та потужності k_п;

• коефіцієнтом випрямлення k =U /U ‑ відношенням найбільшого середнього значення випрямленої напруги до діючого значення фазної вхідної напруги силового блоку;

• коефіцієнтом збільшення розрахункової потужності трансформатора k_т = S_т/Р_d ‑ відношенням типової потужності трансформатора до но­мінальної потужності випрямленого струму;

• коефіцієнтом використання вентилів за напругою k_u=U_вmax/U_d ‑ відношенням максимальної зворотної напруги на вентилях схеми до середнього значення випрямленої напруги;

• коефіцієнтом використання вентилів за струмом k_і=І_в.д/І_d ‑ відношенням діючого значення струму вентиля до середнього значення випрямленого струму;

• коефіцієнтом пульсацій k_п(q)=U_max(q)/U_d ‑ відношенням амплітуди даної гармоніки пульсацій випрямленої напруги до середнього зна­чення випрямленої напруги;

• коефіцієнтом спотворення ν=I₁₍₁₎/I₁ ‑ відношенням діючого значення струму основної гармоніки до діючого значення повного струму первинної обмотки трансформатора;

• зовнішньою характеристикою U_d=f(I_d) ‑ залежністю середнього значення випрямленої напруги від середнього значення випрямленого струму;

• регулювальною характеристикою U_d=f() ‑ залежністю середнього значення випрямленої напруги від кута регулювання.

У спрощеному вигляді структурна схема КВ показана на рис. 1.2.2. Її основними елементами є: силовий трансформатор TV, силовий вентильний блок СБ, згладжуючий дросель ЗД і система імпульсно-фазового керування СІФК. Силовий трансформатор використовується в разі необхідності узгод­ження напруги мережі живлення і кола навантаження перетворювача, а також їх електричного відокремлення; крім того, силові трансформатори зменшують вплив навантаження на мережу живлення. Вентильний блок виконує функції випрямлення і регулювання напруги. Для зменшення пульсацій випрямленого струму застосовується згладжуючий дросель. Система імпульсно-фазового керування вентильним блоком забезпечує вироблення послідовності відкриваючих імпульсів і зміну кута комутації тиристорів згідно з вхідним сигналом керування. Для регулювання величини випрямленої напруги в ТП використовується імпульсно-фазовий метод керування, який полягає в тому, що відкриваючий імпульс на тиристори подається з певним запізненням (зсувом за фазою) по відношенню до точки природного відкривання, тобто до точки, яка відповідає моменту вступу в роботу вентилів, якби це були некеровані діоди.

Рис. 1.2.2