Розрахунок зовнішніх характеристик трифазного реверсивного тиристорного перетворювача

Зовнішньою характеристикою тиристорного перетворювача називається залежність вихідної напруги від струму навантаження при заданому куті керування.

Робота реверсивних тиристорних перетворювачів залежать від способу їх керування. У практиці знайшли два способи керування: спільне погоджене і роздільне. При спільному керуванні напруга керування подається на обидві групи вентилів. В силовому ланцюзі утвориться додатковий контур для протікання струму, у котрий входять обмотки трансформатора і вентилі. Під дією різниці миттєвих значень ЕРС на виході двох груп тиристорів у ньому протікає зрівняльний струм, який викликає додаткові електричні втрати. При роздільному керуванні та вмиканні однієї з груп, тиристори в іншої групі повинні бути вимкнені. Способи керування істотно змінюють вигляд зовнішніх характеристик.

При роздільному керуванні зовнішня характеристика ТП в кожному квадранті складається з двох характерних ділянок. Ділянка характеристики при роботі ТП у режимі безперервних струмів лінійна. Для її побудови слід скористатися рівнянням зовнішньої характеристики для відповідного квадранту (дивись таблицю 1):

Таблиця 1

Квадрант	Рівняння зовнішньої характеристики

де U_d0 – напруга тиристорного перетворювача в некерованому режимі, В;

α – кут керування, ел. град.; I_d – випрямлений струм навантаження, А;

R_п – внутрішній опір перетворювача,Ом; DU_v – падіння напруги на тиристорах, В.

Напруга тиристорного перетворювача в некерованому режимі дорівнює де - фазна напруга мережі живлення на вході перетворювача, В; к_сх – коефіцієнт схеми випрямляча, в.о., для трифазної нульової схеми к_сх = 1,17; для трифазної мостової схеми к_сх = 2,34).

Струм навантаження приймається, як правило, дорівнюючим номінальному та граничному значенням. Граничне значення струму навантаження знаходиться за виразом:

,

де Ω =2πf - кругова частота, рад/с;

L₀ – індуктивність ланцюга дії струму навантаження, Гн; р - пульсність схеми ТП, в.о.

Для трифазної нульової схеми L₀ = L_Т + L_d , р = 3;

для трифазної мостової схеми L₀ = 2L_Т + L_d , р = 6;

де L_Т – індуктивність фази согласуючого трансформатору, приведеної до вторинної обмотки (або індуктивність фази «анодного» реактору при використанні перетворювача прямого включення), Гн;

L_d = L_яд + L_др (в загальному випадку при роботі випрямляча на ланцюг якоря двигуна постійного струму) - індуктивність ланцюга випрямляного струму навантаження, Гн; L_яд - індуктивність якоря двигуна постійного струму, Гн; L_др - індуктивність сгладжуючого дроселю, Гн.

В режимі ідеального холостого ходу напруга на виході перетворювача (I_d = 0) визначається за виразами

, якщо a₀<p/2 рад (a₀< 90 ел. град.);

, якщо a₀³p/2 рад (a₀³ 90 ел. град.);

де a₀ – кут керування, який відраховується від точки переходу напруги мережі живлення через нуль,

, рад; або , ел. град.;

m – число фаз мережі живлення.

Складніше визначити напругу і струм в області переривчастого струму. У разі потреби цього, умови, при яких струм стає переривчастим, знаходяться в результаті рішення рівняння Кирхгофа для ланцюга з вентилем та ЕРС.

При спільному керуванні зовнішня характеристика лінійна та не має зони переривчастих струмів (є зона змінного струму). Для її побудови слід скористатися відповідним рівнянням зовнішньої характеристики (табл. 1).

ПРИКЛАД

Завдання. Розрахувати і побудувати зовнішні характеристики трифазного реверсивного тиристорного перетворювача, який працює в в 3 та 4 квадрантах. Схема перетворювача – нульова реверсивна. Параметри перетворювача та навантаження задані в табл. 2.

Таблиця 2

Uф, В	fф, Гц	RT, Ом	XT, Oм	Ld, Гн	Idn, A	a = b, ел. град.	d, ел. град.
		0,15	0,2	0,008

Рішення:

Розрахунок зовнішньої характеристики в 3-му квадранті (випрямний режим роботи ТП).

, (4)

Напруга тиристорного перетворювача в некерованому режимі

(5)

де к_сх = 1,17 – схемний коефіцієнт, в.о.

127∙1,17 = 148,59 В

Внутрішній опір перетворювача

(6)

де р =3 - пульсність схеми ТП.

0,15 + 3∙0,2/2∙3,14 = 0,246 Ом

1). I = (-I_dн) (Номінальний струм) , (7)

-148,59 ∙ cos 35 + 125∙0,246 + 2 = - 88,97 В

2). I = I_гр (Граничний струм навантаження)

, (8)

-13,43 А

,

-148,59 ∙ cos 35 + 13,43 ∙ 0,246 + 2 = - 116,41 В

3). I = 0 (Режим ідеального холостого ходу)

, (9)

де a₀ – кут керування, який відраховується від точки переходу напруги мережі живлення через нуль, ел. град.

= 65 ел. град.

Так як a₀< 90 ел. град., ; (10)

Розрахунок зовнішньої характеристики в 4-му квадранті (інверторний режим роботи ТП).

4). I = I_dн (Номінальний струм)

, (11)

-148,59 cos 35 - 125∙0,246 - 2 = -154,47 В

5). I = I_гр (Граничний струм)

, (12)

-13,43 А

(13)

-148,59∙cos 35 - 13,43 ∙ 0,25 – 2 = -127,08 В

6). I = 0; .

За розрахованими координатами будуємо зовнішньої характеристики

Рис.2. Зовнішні характеристики тиристорного перетворювача

Запитання для самоперевірки

1.1. У чому причини появи зрівняльного струму і способи його зменшення?

1.2. Зобразити зовнішні характеристики реверсивних тиристорних перетворювачів при різних способах керування групами вентилів.