Коммутация тиристоров

Тиристор А открыт, а В закрыт. Токи параллельных ветвей протекают через коллекторную пластину 1. Ток коммутируемой секции +Ja течет от Ъ к а. Коммутация происходит следующим образом. При движении коллекторов одна из щеток группы А заходит на изоляционную пластину, а щетка группы В — на медную пластину 2 второго коллектора. В этот момент управляющее устройство (УУ) открывает тиристор В и начинается электромагнитный переходный процесс, связанный с реверсированием тока в коммутируемой секции. Ток перераспределяется между пластинами 1 и 2 коллекторов. Уменьшение тока it заканчивается раньше, чем начинается переход второй щетки группы А на изоляционную пластину. Тиристор А закрывается, и щетка группы А сходит с коллекторной пластины 1 обесточенной. Ток параллельных ветвей протекает через коллекторную пластину 2. Ток в секции ab протекает в обратном направлении от а к Ь, т. е. равен (—ia). Процесс коммутации тока в рассматриваемой секции закончен. При дальнейшем движении коллекторов одна из щеток группы А набегает на коллекторную пластину 3, а щетка группы В сходит с

Таким образом, увеличивая ширину щетки и тем самым увеличивая период коммутации Гк, можно уменьшить скорость изменения тока в секции. Однако если при этом щетка перекрывает несколько коллекторных пластин, то коммутация происходит одновременно в нескольких секциях и следует учитывать взаимоиндукцию, т. е. увеличение ширины щетки может привести к незначительному уменьшению реактивной ЭДС из-за одновременного уменьшения (di/dt)cf и увеличения Lpe3.

Если скорость вращения якоря отлична от синхронной, то коммутация происходит при различных значениях тока ia параллель-нон цепи ( XIV. 6). Реактивная э. д. с. зависит от величины тока ia во время перехода секции из одной параллельной ветви в другую. В момент достижения током ia максимума реактивная э. д. с. достигает

В генераторах постоянного тока небольшой мощности иногда с помощью третьей щетки снимают напряжение для питания обмотки возбуждения, но из-за плохой коммутации трехщеточные генераторы с обычной магнитной системой, когда третья щетка помещается под полюсом, а коммутация происходит в зоне с большой индукцией, практически не находят применения.

В большинстве типов коллекторных двигателей переменного тока добавочные полюсы не применяются, так как коммутация происходит в зоне рабочего поля и скомпенсировать трансформаторную ЭДС не удается.

ром для выпрямления переменного тока использовались вращающиеся щетки. Трансвертер, так назвали его изобретатели, представляет собой обращенную машину постоянного тока ( 7.11). Отпайки вторичной обмотки шестифазного трансформатора присоединены к коллекторным пластинам, по которым скользят щетки. Коммутация происходит в момент, когда ЭДС в короткозамкнутой секции (двух соседних фазах трансформатора) близка к нулю. Щетки вращаются синхронным двигателем СД, мощность которого идет на покрытие потерь на трение на коллекторе. Постоянный ток снимается щетками с двух колец, присоединенных к щеткам, вращающимся по коллектору.

Предполол<сние, что коммутация происходит за бесконечно малый промежуток времени (А^->-0), теоретически привело к появлению бесконечно больших напряжений на катушках, т. ё. эти напряжения приняли вид импульсов бесконечно большой амплитуды, длящихся бесконечно малый промежуток времени (А? ->• 0) ( 9-27). Однако интегралы (**) этих импульсов за время коммутации имеют конечные значения и равны приращениям потокосцеп-лений в катушках ДЧ^ и А?2.

где IL (0_) и «с (0-) — значение тока в индуктивности и напряжение на емкости для t = О до коммутации (предполагается, что коммутация происходит за бесконечно малое время) ; iL (0+)

де тепла в сопротивлениях, то, считая, что коммутация происходит мгновенно, можно искрообразова-:вде не учитывать.

Если же коммутация происходит

Если исключить случаи размыкания индуктивности и замыкания накоротко емкости и рассматривать цепи, в которых энергия, накапливаемая в магнитном или электрическом поле, может рассеиваться в виде теплоты в сопротивлениях, то, считая, что коммутация происходит мгновенно, можно искрообразование не учитывать.

К достоинствам этого типа преобразователей можно отнести: 1) однократное преобразование энергии и, следовательно, высокий КПД (около 0,97—0,98); 2) возможность независимого регулирования амплитуды напряжения на выходе от частоты; 3) свободный обмен реактивной и активной энергией из сети к двигателю и обратно; 4) отсутствие коммутирующих конденсаторов, так как коммутация тиристоров производится естественным путем (напряжением сети.)

На 12.19 приведены структурная схема автоматического управления бесконтактным ВД последовательного возбуждения и схема силовой части привода. Здесь, как и в приводе по схеме на 12.18, управление тиристорами инвертора осуществляется от датчика положения ротора ДПР, а тиристорами выпрямителя — по схеме подчиненного регулирования. Обмотка возбуждения двигателя включена последовательно с якорем ВД постоянного тока (в цепь выпрямленного тока преобразователя частоты) и выполняет дополнительную функцию сглаживающего реактора. При угловой скорости двигателя ниже 0,1 ином коммутация тиристоров инвертора тока АИТ осуществляется посредством устройства общей искусственной коммутации (типа короткозамы-кателя), которое получает импульсы на включение от блока управления БУ, управляемого датчиком положения ротора. При более высоких угловых скоростях срабатывает от сигнала с датчика скорости (тахогенератора GT) блок блокировки Б Б и блокирует блок БУ, запрещая подачу импульсов управления на устройство коммутации УК.. Происходит переход на естественную коммутацию тиристоров инвертора тока АИТ, осуществляемую напряжением (ЭДС) машины М.

Инвертор напряжения ( 14.19, б) подключают непосредственно к источнику питания. Характерным для такого преобразователя является наличие конденсатора большой емкости С0, подключенного параллельно входу инвертора. Этот конденсатор обеспечивает при коммутации тиристоров постоянство напряжения на инверторе. Коммутация тиристоров производится от специальной системы управ-

Приведенные схемы инверторов не являются единственными. В зависимости от способа управления тиристорами все инверторы можно поделить на автономные и управляемые от сети. Рассмотренные инверторы на тиристорах относятся к автономным инверторам, так как не содержат ЭДС сети, куда преобразователь может отдать свою энергию. Если во вторичной обмотке трансформатора имеется источник переменной ЭДС сети, то такой инвертор называют инвертором, ведомым сетью. Коммутация тиристоров в нем определяется сетью переменного напряжения, куда преобразователь отдает энергию. В зависимости от условий эксплуатации применяют различные модификации преобразователей, которые имеют схемы гораздо сложнее рассмотренных. Необходимо отметить, что использование тиристоров в схемах требует специальных мер защиты электронной аппаратуры от электромагнитных помех. Последние возникают от быстрого переключения токов в цепях регулирования.

Рассмотрим кривую анодного напряжения на тиристоре V/ на временных диаграммах 6.7, б. Для осуществления надежного запирания тиристора после того, как через него проходил ток, необходимо, чтобы в течение интервала, длительность которого не менее /п, к тиристору было приложено обратное напряжение. Время выключения /Б является паспортным параметром тиристора (см. § 1.8). По диаграммам 6.7,6 видно, что отрицательное анодное напряжение поддерживается на тиристоре на интервале длительностью (р—Y)- Следовательно, надежное запирание тиристоров выполняется при условии (р—^}^wtv, ограничивающем угол pm/u = o)/i)+Y- При невыполнении этого услоппя тиристор при появлении на аноде положительного напряжения вновь включится в работу без управляющего сигнала. Одновременная проводимость двух тиристоров инвертора приведет к короткому замыканию трансформатора и источника постоянного тока, дальнейшая коммутация тиристоров окажется невозможной и возникнет аварийный режим, называемый опрокидыванием инвертора.

вуют другие дополнительные источники энергии, поэтому естественная коммутация тиристоров за счет э. д. с. сети переменного тока в автономных инверторах в отличие от зависимых инверторов невозможна.

В схемах, подобных показанной на 6-30,6, процесс отключения цепи двухступенчатый: сперва открывается тиристор VS1, ток переводится в цепь тиристора и контакт К размыкается без дуги. Затем открытием тиристора VS2 осуществляется разряд конденсатора С и запирание тиристора VS1, достигается полное бездуговое отключение тока (искусственная коммутация тиристоров более подробно рассмотрена в главе 23).

Преобразовательные установки, как известно, являются источниками высших гармоник. Коммутация тиристоров искажает форму кривых токов и напряжений в примыкающей сети переменного тока. В электропередаче и вставке постоянного тока выпрямительные мосты работают в двенадцатифазном режиме преобразования, хотя каждый отдельно взятый мост работает в шестифазном режиме. Совместная работа мостов в двенадцатифазном режиме более выгодна, чем в шестифазном. В частности, в двенадцатифазном режиме имеет место взаимная компенсация генерируемых мостами некоторых высших гармонических составляющих токов и напряжений. Остающиеся некомпенсирован-

Рассмотрим кривую анодного напряжения на тиристоре VI па временных диаграммах 6.7, б. Для осуществления надежного запирания тиристора после того, как через него проходил ток, необходимо, чтобы в течение интервала, длительность которого не менее tB, к тиристору было приложено обратное напряжение. Время выключения tB является паспортным параметром тиристора (см. § 1.8). По диаграммам 6.7,6 видно, что отрицательное анодное напряжение поддерживается на тиристоре на интервале длительностью (р—у). Следовательно, надежное запирание тиристоров выполняется при условии (р—у) ^a(D, ограничивающем угол Ршт — м^в+'У- При невыполнении этого условия тиристор при появлении на аноде положительного напряжения вновь включится в работу без управляющего сигнала. Одновременная проводимость двух тиристоров инвертора приведет к короткому замыканию трансформатора и источника постоянного тока, дальнейшая коммутация тиристоров окажется невозможной и возникнет аварийный режим, называемый опрокидыванием инвертора.

Инверторы с параллельной компенсацией. Принципиальная схема мостового инвертора показана на 3.41,а. Приведенные на 3.41,6 диаграммы тока и напряжения построены в предположении, что постоянный входной ток идеально сглажен**, коммутация тиристоров происходит

** Здесь допущена неточность. Если входной ток идеально сглажен (или в более общем случае непрерывен), инвертор согласно определению п. 3.5.1 относится к инверторам тока, в которых коммутация, происходящая в момент включения очередного тиристора {или пары тиристоров) импульсом управления (см. 3.41,6), обусловлена имеющимся в этот момент на конденсаторе С напряжением (как, например, в схеме 3.39,а), причем в таком режиме параллельный инвертор может работать и при апериодическом контуре нагрузки (т. е. при невыполнении последнего указанного в тексте условия), в том числе и при чисто активной нагрузке. Поэтому почти весь последующий материал данного параграфа относится к инверторам тока.