книги / Энергетические характеристики управляемых выпрямителей

любом другом законе управления коэффициент мощности оказы­ вается меньше. Так, при поочередном управлении (в выпрямитель­ ном режиме) выражения (3.2) и (3.4) принимают вид

Uа = ( 1 + cos ос) — cos2 а (ая —0, ак = а),

'Зависимость kM{Ud*) для этого вида управления также изобра­ жена на рис. 3.2 (кривая 2). Наиболее низким получается коэф­ фициент мощности при обычном симметричном управлении аа= а « (пунктирная прямая на рис. 3.2).

Для определения гармонического состава первичного тока можно воспользоваться выражениями (2.26) и (2.27), в которых следует принять /л2 = 3 и GCI = GC2 . Кроме того, следует иметь в виду, что если для катодной группы вентилей 0К=О, то для анодной группы 0а=,0+я. С учетом этих замечаний, а также принимая с целью упрощения 0=0, получим следующие выражения для коэф­

При управлении вентилями по закону а*= —аа = а эти выра­ жения принимают вид

(3.9>

(здесь коэффициенты разложения определены в относительных единицах — в долях от приведенного тока нагрузки выпрямителя Id/kт). На рис. 3.3, а изображены зависимости относительных амп­ литуд

(ЗЛО)

отдельных гармоник первичного тока от величины выпрямленного напряжения, рассчитанные по формулам (3.9). Используя выра­ жения (3.8), можно определить соответствующие характеристики для любого другого закона управления.

Рис. 3.3. Амплитуды гармоник первичного тока (а) и выпрямленного напряже­ ния (б) трехфазного мостового выпрямителя прл раздельном управлении вен­ тильными группами по закону аа = — “л

Коэффициенты Фурье для гармоник выпрямленного напряже­ ния рассчитываются по известным коэффициентам для гармоник первичного тока (3.8) по формулам (2.46). По коэффициентам (3.8) для соответствующего закона управления вентилями могут быть сразу рассчитаны и амплитуды гармоник выпрямленного напряжения:

£^d(n )m

£^d(n)m

vTt/ 2

рассчитанные по формулам (3.9) и (3.11) для случая управления по закону а а= —ак. Пунктирными линиями на этом рисунке изоб­ ражены соответствующие зависимости при симметричном управ­ лении.

Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы об особенностях раздельного управления вентилями трехфазиой мос­ товой схемы:

1. Максимальный коэффициент мощности достигается при уп­ равлении по закону аа = —а*, однако и в этом случае его нельзя считать достаточным для большинства глубокорегулнруемых про­ мышленных выпрямнтелей.

2. Канонические для трехфазной мостовой схемы с симметрич­ ным управлением гармоники первичного тока (5-я, 7-я и др.) и выпрямленного напряжения (6-я, 12-я и т. д.), изменяясь в про­ цессе регулирования выпрямленного напряжения при управлении по закону оса ——сск от нуля до их значения при симметричном уп­ равлении (рис. 3.3), в среднем оказываются меньше, чем при сим­ метричном управлении.

3. При раздельном управлении кроме канонических в кривой первичного тока появляются четные гармоники, а в кривой вып­ рямленного напряжения — нечетные, кратные трем. Четные гар­ моники первичного тока, наиболее мощные из которых 2-я и 4-я, труднее всего поддаются фильтрации, существенно снижают коэф­ фициент искажения и коэффициент мощности выпрямителя, а не­ четные гармоники выпрямленного напряжения увеличивают его пульсации, сглаживание которых также затруднительно из-за низ­ кой частоты наиболее мощной из них 3-й гармоники.

3.3. РАЗНОВИДНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ С МНОГОКРАТНЫМ ВКЛЮЧЕНИЕМ ВЕНТИЛЕЙ

Управление с многократным включением вентилей объединяет множество разновидностей, различать которые целесообразно по способу (закону) модуляции продолжительности включения вен­ тилей. Наиболее простым и изученным является управление с оди­ наковой продолжительностью всех включений каждого вентиля, осуществляемых равномерно на протяжении интервала, соответ­

первичный ток преобразователя стремятся приблизить по форме к синусоидальному. В то же время реализовать такие способы в трехфазной мостовой схеме можно только при наличии в ней двух нулевых вентилей, сложной оказывается и система управления вентилями. Есть у таких способов и более серьезный недостаток. Дело в том, что усложнение способа модуляции требует повыше­ ния кратности включения вентилей (т. е. повышения частоты ком­ мутации), однако в достаточно мощных установках этому препят­ ствует значительная индуктивность питающей сети (последняя ог­ раничивает токи в аварийных режимах, и если она недостаточна,

ееувеличивают искусственно).

Вмаломощных же установках, в которых возможно повышение частоты коммутаций, применение усложненных способов моду­ ляции в большинстве случаев вообще не оправдано, поскольку задача улучшения их энергетических характеристик имеет второ­ степенное значение. По этим причинам рассмотрим только разно­ видности управления с равномерной модуляцией.

Возможность применения тон или иной разновидности управ­ ления с многократным включением вентилей зависит от типа схемы выпрямления. В простых схемах с нулевыми вентилями можно осуществлять управление с любым способом модуляции, то же самое можно сказать и о сложных схемах, состоящих из пос­ ледовательно-параллельного соединения простых схем такого же типа. В сложных схемах с меньшим числом нулевых вентилей (например, с одним пулевым вентилем, шунтирующим нагрузку)

число реализуемых разновидностей управления с многократным включением вентилей уменьшается.

В мостовых схемах, которые, как было показано в § 1.5, экви­ валентны сложным схемам последовательного типа с одним (об­ щим для всей схемы) нулевым вентилем, также может быть осу­ ществлено управление с многократным включением вентилей, но только определенного вида. Чтобы сиять это ограничение, к мос­ товой схеме следует подключить два нулевых вентиля (в этом слу­ чае мостовая схема эквивалентна последовательному соединению двух простых схем катодного и анодного типов, каждая из кото­ рых имеет собственный нулевой вентиль). В такой схеме можно реализовать любую разновидность управления с многократным включением вентилей, в том числе и рассмотренное в § 2.4 уп­ равление с равномерной модуляцией и произвольной кратностью включения вентилей.

На рис. 3.4 и 3.5 изображены диаграммы токов и напряжении трехфазного мостового выпрямителя с двумя нулевыми вентиля­ ми соответственно при одно- и трехкратном включении вентилей. Нетрудно заметить, что при нечетной кратности включения вен­ тилей отпирание и запирание нулевых вентилей в катодной и анод­ ной группах происходит неодновременно. Это не позволяет исполь­ зовать в качестве нулевых два противофазных вентиля трехфаз­ ного моста, другими словами, в обычной трехфазной мостовой

схеме управление с нечетной кратностью включения вентилей нео­ существимо.

На рис. 3.6 приведены аналогичные диаграммы при управле­ нии с двукратным включением вентилей, из которых видно, что

Рис. 3.4. Токи и напряжения трехфазного мостового вып­ рямителя с двумя нулевыми вентилями при управлении с однократным включением вентилей

в этом случае нулевые вентили катодной и анодной групп вклю­ чаются и выключаются одновременно (рис. 3.6, б), поэтому вместо них в соответствующие промежутки времени можно включать одну из пар противофазных вентилей моста (рис. 3.6, в) . Анализ пока­ зывает, что такая возможность существует при управлении с лю­ бой четной кратностью включения вентилей. Это подтверждают

приведенные на рис. 3.7 диаграммы при шестикратном включении вентилей.

Для образования в трехфазной мостовой схеме нулевого кон­ тура можно включать любую из трех пар противофазных венти­ лей моста, поэтому, очевидно, что существует несколько способов

Рич.. 3.5. Токи и напряжения трехфазного мостового вып­ рямителя с двумя нулевыми вентилями при управлении с трехкратным включением вентилей

реализации в ней управления с четной кратностью включения вентилей, дающих один и тот же результат. Критерием выбора того или иного способа является минимум общего числа коммута­ ций вентилей на протяжении одного периода. Именно такому спо­ собу управления соответствуют диаграммы, изображенные на рис. 3.6 и 3.7, а. При произвольном значении кратности включения

вентилей этому способу управления соответствует следующий алгоритм управления [31] :

— 1-е включение каждого вентиля осуществляется с задержкой ai по отношению к моменту его естественного отпирания, длитель­ ность этого интервала проводимости равна

Рис. 3.6. Токи и напряжения трехфазного мостового выпрямителя при управлении с двукратным включением вентилей

— 2-е и последующие включения до ql2 включительно осущест­ вляются с задержкой ai—a2 после окончания предыдущего интер­ вала проводимости; длительности интервалов проводимости при этих включениях одинаковы и равны

— остальные q/2 включений осуществляются во второй поло­ вине периода питающего напряжения; первое из них производится через 120° после окончания первого интервала проводимости, а

Рис. 3. 7. Токи и напряжения трехфазного мостового вып­ рямителя при управлении с шестикратным включением вентилей

каждое последующее включение осуществляется через интервал, равный 2n/3q, длительности интервалов проводимости при этих включениях также одинаковы и равны

ta = (ai —a2).

Суммарная длительность всех интервалов проводимости каждого вентиля неизменна и равна 120° Заметим, что описанному алго­

ритму удовлетворяет и управление с двукратным включением вен­ тилей (рис. 3.6).

Недостатком описанного способа управления является необ­ ходимость изменения порядка включения вентилей при переходе из выпрямительного режима в инверторный. При управлении с

способ, лишенный этого недостатка. Этому способу соответствуют диаграммы на рис. 3.7, б и следующий алгоритм управления:

— 1-е включение каждого вентиля осуществляется с задержкой ai по отношению к моменту его естественного отпирания, а все последующие включения до <7/2 включительно осуществляются через интервал, равный 4л/3q\ длительности интервалов проводи­ мости при этих включениях одинаковы и равны

4JÎ

Xi — —------ («i — а2); 3<7

— (<7+ 1)-е включение осуществляется с задержкой аг+я/З-К Ч- (4+1) -2я/3<7 по отношению к моменту естественного отпирания, а каждое последующее включение производится через интервал, равный 4я/3<7; длительности интервалов проводимости при этих включениях также одинаковы и равны

Хо—Щ— (to-

Заметим, что управление с двукратным включением вентилей {рис. 3.6) удовлетворяет и этому алгоритму управления. Угол ai в приведенных алгоритмах может быть как положительным, так и отрицательным и изменяться в любых пределах. На пределы изменения угла аг накладывается только одно ограничение: C2^Ctb,

3.4.ВЫПРЯМЛЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, ПЕРВИЧНЫЙ ТОК

ИКОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ МОСТОВОЙ СХЕМЫ ПРИ УПРАВЛЕНИИ С МНОГОКРАТНЫМ ВКЛЮЧЕНИЕМ ВЕНТИЛЕЙ

Специальные алгоритмы управления, описанные выше, необходи­ мы для осуществления управления с четной кратностью включе­ ния вентилей в обычной трехфазиой мостовой схеме. При наличии же в ней двух нулевых вентилей управление как с четной, так и с нечетной кратностью включения вентилей осуществляется по одному и тому же алгоритму, описанному в § 2.4. Поэтому с целью достижения наибольшей общности выводов дальнейший анализ характеристик проводится при допущении, что трехфазная мосто­ вая схема, независимо от кратности включения вентилей, имеет два нулевых вентиля. Выпрямленное напряжение такого выпря­ мителя при любой кратности включения вентилей в соответствий с (2.47) и (2.49) равно