Нереверсивные тиристорные преобразователи

Двухфазный тиристорный преобразователь

На рис. 1.83 представлена модель двухфазного нереверсивного тиристорного преобразователя. Источник питания частотой 50 Гц АС Voltage Source обеспечивает амплитуду напряжения в 100 В.

Выпрямление и регулирование выходного напряжения обеспечивается тиристорным преобразователем Universal Bridge, который управляется системой импульсно-фазового управления SIFU. Нагрузка преобразователя активно-индуктивная — Series RLC Branch. Предусмотрена возможность подключения пулевого вентиля Diode. Результаты исследования отражаются на экране осциллографа Scope 1 в виде четырёх диаграмм: сетевое напряжение Uab, сигнал управления тиристорами Pulse, выходное напряжение преобразователя (выпрямителя) Un и ток в нагрузке In.

Рис. 1.83. Нереверсивный двухфазный тиристорный преобразователь (FigI 83)

Схема модели системы импульсно-фазового управления (СИФУ) и временная диаграмма работы се показаны на рис. 1.84, 1.85.

Рис. 1.84. Схема модели С И ФУ

Интегратор (см. рис. 1.84) устанавливается в исходное нулевое состояние сигналом перехода синхронизирующего напряжения через ноль. За время половины периода питающего (синхронизирующего) напряжения выходное напряжение интегратора достигает 1 В, так как коэффициент усиления блока Gain выбран равным двум. Далее очередным переходом синхронизирующего напряжения через ноль, интегратор устанавливается в исходное состояние и начинается очередной процесс линейного нарастания выходного напряжения на выходе (см. рис. 1.85). Гак работает генератор пилообразного напряжения (ГПН). Однако, для обеспечения возможности ввода угла управления a (alfa) в градусах, выходное напряжение интегратора усиливается в 180 раз (см. вторую диаграмму на рис. 1.85).

Для формирования импульсного сигнала заданной длительности (ширины) switch используется логическая схема ЗИ (Logical Operator). На первый вход ЗИ подаётся результат временного сравнения суммарного напряжения alfa и switch, а на второй — только напряжения alfa. При чём, напряжение ГПН по сравнению с первой схемой сравнения Relational Operator 1 подано на первый вход схемы сравнения Relational Operator. Такая схема коммутации входов схем сравнения позволила решить две задачи: получить фазовый сдвиг импульса управления и сформировать импульс необходимой длительности. На третий вход ЗИ через инвертор подаётся сигнал блокировки СИФУ в виде напряжения в один вольт. На время блокировки все сигналы Pulse отсутствуют и преобразователь не управляется. На приведённых диаграммах (рис. 1.85) демонстрируется процесс формирования угла управления, а = 90 градусов.

На рис. 1.86 представлены временные диаграммы работы преобразователя без диода (время 0−0,2 с) и с диодом (время 0,2−0,4 с).

Рис. 1.86. Результаты моделирования работы преобразователя на активно-индуктивную нагрузку с углом, а = 90 без нулевого вентиля и с ним

Преобразователь управляется импульсными сигналами с фазовым сдвигом относительно питающего напряжения 90 электрических градусов. При отсутствии вентиля с бесконечно большим значением индуктивности нагрузки выходное напряжение и ток нагрузки должны соответствовать нулевому значению. При выбранных параметрах нагрузки модели установлено, что ток прерывистый с амплитудой около 2,5 А. Противоэдс нагрузки держит тиристоры рабочей группы в открытом состоянии почти четверть периода, что приводит к минимальному среднему выпрямленному напряжению.

Увеличенный фрагмент диаграммы, иллюстрирующий режим работы без вентиля, показан на рис. 1.87. Из диаграммы видно, что тиристоры остаются открытыми в начале отрицательной полуволны питающего напряжения и это не позволяет нарастать току нагрузки.

Рис. 1.87. Фрагмент временной диаграммы работы без вентиля

Вторая часть диаграммы на рис. 1.86 (работа с вентилем) иллюстрирует принципиально другой режим работы. Вентили рабочей группы тиристорного преобразователя включаются в работу с углом, а = 90 градусов и при снижении текущего выпрямленного напряжения до нуля противоэдс нагрузки замыкается через вентиль, обеспечивая снижение до нуля тока в рабочей группе и закрывание тиристоров. Ток в паузе между концом полуволны питающего напряжения и следующим импульсом управления поддерживается энергией, запасённой в реактивном элементе нагрузки через нулевой вентиль. Как показано на рис. 1.86 с момента включения нулевого вентиля ток нагрузки стал нарастать до установившегося значения. Фрагмент в увеличенном масштабе показан на рис. 1.88. Ток в нагрузке непрерывный.

Рис. 1.88. Фрагмент временной диаграммы работы с вентилем

На рис. 1.89 показана работа преобразователя без нулевого вентиля с различными углами управления: до момента времени 0,1 с, задавался угол управления преобразователем 90 градусов, и далее — 30 градусов.

Ток нагрузки с минимального значения, при угле управления 90 градусов, с подачей угла в 30 градусов стал расти до установившегося значения с постоянной времени Т = ^^{||С| +}, где L_llcr и R_iKT — индуктивность и ак;

⁺ *Н тивное сопротивление источника питания; и R_H — параметры нагрузки.

С увеличением тока нагрузки во времени амплитуда выпрямленного напряжения уменьшается за счёт падения напряжения источника питания на активном сопротивлении источника. Кроме того, с ростом тока нагрузки увеличивается угол коммутации, хорошо различимый на рис. 1.90. При подаче очередного импульса управления открывается закрытая пара тиристоров, при этом остаётся в открытом состоянии прежде работавшая группа. Включены обе рабочие группы тиристорного преобразователя, источник питания закорочен накоротко, выходное напряжение равно нулю до тех пор, пока идёт процесс коммутации — снижения тока работавшей группы до нуля и роста тока во включенной группе до тока в нагрузке. В момент закрывания тиристоров работавшей группы происходит скачкообразный процесс увеличения текущего выпрямленного напряжения — процесс коммутации закончен.

Рис. 1.89. Моделирование работы преобразователя без нулевого вентиля при мгновенном изменении угла управления с 90 на 30 градусов

Рис. 1.90. Влияние угла коммутации на выпрямленное напряжение

Длительность процесса коммутации зависит от внутренней индуктивности источника питания и величины коммутируемого тока (тока нагрузки). На рис. 1.89 на третьей диаграмме этот процесс можно проследить.