ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА С ДРОССЕЛЯМИ НАСЫЩЕНИЯ БЕЗ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Рис. 1.14. Упрощенная схема выпрямительного устройства с регулированием напряжения и тока дросселями насыщения без обратной связи
Упрощенная схема выпрямительного устройства (только для одной фазы), в котором для регулирования и обеспечения стабильности выходных параметров (напряжения и тока при изменениях напряжения и частоты питающей сети и изменении тока нагрузки) применены дроссели насыщения без обратной связи (регулирование на стороне переменного тока), приведена на рис. 1.14. Последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора Тр включена обмотка переменного тока дросселя насыщения L. При изменении подмагничивающего тока изменяется индуктивное сопротивление xL дросселя насыщения, вследствие чего происходит перераспределение напряжения, подводимого из питающей сети, между обмотками дросселя насыщения и первичной обмоткой w1 трансформатора Тр, т. е. на выпрямительном мосте будет поддерживаться такое напряжение, которое необходимо для получения стабильного напряжения на выходе выпрямительного устройства.
При стабилизации напряжения и тока с помощью дросселей насыщения применяется система регулирования, получившая название «следящая система», при которой ток в обмотке подмагничивания изменяется автоматически в зависимости от изменения напряжения или тока на выходе выпрямительного устройства. Регулирование осуществляется с помощью специального устройства — стабилизатора, включенного между выходом выпрямительного устройства и обмоткой подмагничивания и питающегося от сети переменного тока. В случае стабилизации напряжения на вход стабилизатора поступает напряжение с выхода выпрямительного устройства, а в случае стабилизации тока — сигнал, пропорциональный выпрямленному току выпрямительного устройства. Но так как выпрямленный ток пропорционален переменному току выпрямительного устройства, то в режиме стабилизации тока на вход стабилизатора контролируемый сигнал поступает со вторичной обмотки трансформатора тока через выпрямительный мост. Вход стабилизатора переключается на напряжение выхода выпрямительного устройства или же. на напряжение трансформатора тока вручную или автоматически с помощью контактов реле.
Если напряжение на выходе выпрямительного устройства по каким-либо причинам (например, из-за колебания напряжения в сети или изменения тока нагрузки) отклонится от заданной величины, то стабилизатор сразу же отреагирует на это отклонение, автоматически изменив ток подмагничивания до необходимой величины и восстановив этим заданную величину выпрямленного напряжения. Например, при повышении напряжения сети переменного тока повышается и напряжение на выходе выпрямительного устройства, стабилизатор получает об этом сигнал и автоматически уменьшает ток подмагничивания в обмотке дросселя насыщения. Это вызывает увеличение индуктивного сопротивления xL обмоток дросселя насыщения, вследствие чего падение напряжения на этих обмотках возрастает, а напряжение, подаваемое на обмотку w1 трансформатора, остается прежним, т. е. таким, что и до увеличения напряжения в сети. Прежним остается и напряжение на вторичной обмотке трансформатора Тр, а так как выпрямленное напряжение непосредственно зависит от напряжения вторичной обмотки w2 силового трансформатора, которое подается к выпрямительным элементам, то восстанавливается и заданная величина выпрямленного напряжения.
В выпрямительных устройствах, питающихся от сети переменного трехфазного тока, в каждую фазу включаются рабочие обмотки трех однофазных дросселей насыщения или одного трехфазного.
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА С ДРОССЕЛЯМИ НАСЫЩЕНИЯ С ВНУТРЕННЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
Рабочие обмотки дросселя насыщения включены последовательно с вентилями основного трехфазного выпрямительного моста.
Рис. 1.15. Упрощенная схема выпрямительного устройства с регулированием напряжения и тока дросселями насыщения с внутренней обратной связью
Упрощенная схема выпрямительного устройства, в котором для регулирования и обеспечения стабильности выходных параметров применен дроссель насыщения с внутренней обратной связью (с самоподмагничиванием или с самонасыщением), показана на селе насыщения, что резко мощность регулирования.
Основная роль дросселей насыщения, включенных по схеме рис. 1.15,— это создание задержки в отпирании вентиля на угол а, называемый углом управления или регулирования. Принцип работы такого выпрямительного устройства поясняется рис. 1.16.
До момента пересечения фазных ЭДС в точке w (точка естественной коммутации) были открыты вентили Д6 и Д1. Через, рабочие обмотки дросселей L6 и L1 протекает полный выпрямленный ток, поэтому эти дроссели насыщены, т. е. их магнитные потоки постоянны и влияния на работу схемы выпрямления эти дроссели не оказывают.
Магнитное состояние дросселей при отсутствии рабочего тока определяется током подмагничивания, который очень мал и не насыщает дроссель, т. е. дроссель L4, включенный последовательно с вентилем Д4, который должен вступить в работу, не насыщен. Отпирание вентиля Д4 должно было произойти своевременно в точке w, но этого не происходит. Режим коммутации — переход тока с фазы а на фазу b — протекает в три этапа: перемагничивание дросселя, включенного последовательно с отпирающимся вентилем Д4, реальная коммутация тока; возврат дросселя, включенного последовательно с запирающимся вентилем Д6, в ненасыщенное состояние.
Рис. 1.16. Эквивалентная схема (а) и кривые фазных напряжений, токов и индукции при коммутации тока с одного вентиля на другой (б)
Рис. 1.17. Идеализированная характеристика намагничивания дросселя насыщения
На первом этапе в момент t=0 последовательно с отпирающимся вентилем Д4 оказывается включенным ненасыщенный дроссель L4, магнитное состояние которого (индукция В0) определяется установкой тока подмагничивания (рис. 1.17, точка А). Ток нагрузки через L4 сможет протекать лишь после того, как L4 вновь будет насыщен, т. е. его магнитное состояние должно из точки А перейти в точку К. Поскольку индуктивность ненасыщенного дросселя L4 намного больше индуктивности· рассеяния силового трансформатора и насыщенного дросселя L6, то все напряжение, действующее в контуре коммутации, прикладывается к дросселю L4 и возникающий при этом ток перемагничивает дроссель L4 от начальной индукции В0 до индукции насыщения Bs. Во время перемагничивания дросселя L4 основной рабочий ток выпрямительного устройства продолжает протекать по вентилю Д6 и фазе а, а выпрямленное напряжение остается таким, если бы вентиль Д4 еще не открылся, т. е. первый этап по своему воздействию на форму выпрямленного напряжения аналогичен введению угла регулирования а в выпрямительных устройствах с тиристорами, причем величина угла а соответствует продолжительности перемагничивания дросселя от индукции В0 до индукции В3. Меняя величину начальной индукции В0 путем изменения тока подмагничивания, можно менять продолжительность перемагничивания дросселя, т. е. угол а и тем самым регулировать среднее значение напряжения на выходе выпрямительного устройства. В момент окончания перемагничивания дросселя L4 ток Id переходит на фазу b (второй этап коммутации). В фазе а ток спадает почти до нуля, индукция дросселя L6 уменьшается от Bs до В0, ток в его рабочей обмотке и в вентиле Д6 падает до нуля, вентиль закрывается и цепь коммутации оказывается разомкнутой. Так протекает третий этап коммутации, который не оказывает практического влияния на рабочий ток и выпрямленное напряжение.
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА С ТИРИСТОРАМИ
Упрощенная схема тиристорного выпрямительного устройства, в котором регулирование и стабилизация выходных параметров осуществляются с помощью тиристоров, показана на рис. 1.18а, а принцип работы на рис. 1.18б, в.
Рис. 1.18. Упрощенная схема выпрямительного устройства с регулированием напряжения и тока с помощью тиристоров:
а — схема; б — диаграмма напряжений при а=0; в — диаграмма напряжений при а=60°
При положительном напряжении на аноде или отрицательном на катоде тиристора открыть его по желанию можно в любой момент времени. На рис. 1.18б, в показано включение тиристоров в разные моменты времени: на рис. 1.18б — в моменты времени, соответствующие точкам пересечения фазных ЭДС, т. е. задержка вступления очередного тиристора в работу отсутствует, а на рис. 1.18в— в моменты времени t1, t2, t3 и т. д. при задержке включения тиристора на угол а. Угол а, отсчитанный от момента пересечения фазных ЭДС до момента открытия тиристора, например в момент времени t1, выраженный в электрических градусах, называем углом управления или регулирования. Показанное на рис. 1.18б, в изменение формы Ud кривой выпрямленного напряжения означает снижение его среднего значения. При увеличении угла регулирования а среднее значение выпрямленного напряжения будет уменьшаться. Изменяя величину угла а, можно регулировать мгновенное, а следовательно, и среднее значение выпрямленного напряжения.
В тиристорных выпрямительных устройствах применен импульсно-фазовый способ управления, который заключается в следующем. Система управления создает управляющие импульсы, которые подаются на управляющие электроды тиристоров. Мощность и длительность управляющего импульса достаточна для надежного отпирания любого тиристора. Система управления не только формирует импульсы управления, но и осуществляет сдвиг фазы импульсов относительно переменного напряжения питающей сети в зависимости от напряжения или тока на выходе выпрямительного устройства.
