UKŁADY PROSTOWNIKÓW STEROWANYCH

Tyrystorowy prostownik jednofazowy (rys. 3.7) umożliwia regulację średniej wartości napięcia wyprostowanego U_dα0 poprzez zmianę kąta wysterowania α. Największą wartość napięcia wyprostowanego U_dα0 uzyskuje się, gdy α = 0; prostownik sterowany pracuje wtedy tak samo, jak niesterowany. Średnią wartość napięcia wyjściowego prostownika U_dα0, przy kącie wysterowania α, określa zależność:

U_d = √2 ∙ U_υ0/2π ∙ (1 + cosα)

Przebieg prądu wyjściowego i_d prostownika zależy od indukcyjności obwodu wejściowego L_T oraz dławika wygładzającego L_W. Na rysunku 3.7e pokazano przebieg prądu wyprostowanego, gdy L_W = 0 i L_T = 0; Na rysunku 3.7d widać, że zastosowanie dławika L_W powoduje zmniejszenie wartości szczytowej przedłużenie czasu przepływu prądu w obwodzie wyjściowym prostownika.

Rys. 3.7. Tyrystorowy prostownik jednofazowy jednoimpulsowy: a) schemat układu, b)przebieg napięcia zasilającego, c) przebieg prądu bramki, d) przebieg prądu wyprostowanego i_d w obwodzie z indukcyjnościami L_W i L_T, e) przebieg prądu wyprostowanego, gdy L_W = 0 i L_T = 0

W praktyce najczęściej stosowanym prostownikiem sterowanym jest tyrystorowy prostownik trójfazowy, mostkowy (rys. 3.8). Różni się od mostka diodowego tym, że przejście tyrystorów w stan przewodzenia musi być poprzedzone doprowadzeniem impulsów prądowych i_G, sterujących jednocześnie dwa tyrystory: jeden z grupy katodowej (np. Ty1) i jeden z grupy anodowej (np. Ty5). Na przykład tyrystor Ty1 będzie włączony przy kącie fazowym oznaczonym literą A na osi ωt (rys. 3.8b) razem z tyrystorem Ty6 przy kącie fazowym oznaczonym B. Linią kreskową na rysunku 3.8a zaznaczono drogi przepływu prądu wyprostowanego i_d po włączeniu tyrystora Ty1.

Rys. 3.8. Mostkowy prostownik tyrystorowy: a) schemat funkcjonalny, b) przebiegi napięć fazowych i napięcia wyprostowanego (część zakreskowana) dla dwóch kątów wysterowania α = 30ºel i α = 75ºel, c) prze- biegi prądów bramkowych w tyrystorach Ty1 - Ty6. Kąty wysterowania tyrystorów grupy anodowej i katodowej są identyczne.

Przepływ prądu wyprostowanego i_d wymaga odpowiedniej kolejności załączania poszczególnych tyrystorów Ty1 - Ty6. Aby to zapewnić, do bramki każdego tyrystora należy doprowadzić dwa impulsy w okresie 2π przesunięte o kąt 60°el. Na przebiegach wejściowych napięć fazowych przekształtnika (rys. 3.8b) zaznaczono kąty wysterowania poszczególnych tyrystorów grupy anodowej (Ty4, Ty5 i Ty6) i katodowej (Ty1, Ty2 i Ty3), przy czym pierwsza część wykresu dotyczy przebiegów dla kąta wysterowania α = 30ºel, druga zaś przy kącie α = 75ºel. Zakreskowana powierzchnia odwzorowuje (przy pominięciu zjawiska komutacji) wartość średnią napięcia wyprostowanego U_dα dla danej wartości kąta wysterowania α. Na rysunku 3.9a uwzględniono komutację prądu między tyrystorami zaczynającymi a kończącymi pracę.

Sam proces komutacji w prostownikach przebiega podobnie, jak w prostownikach diodowych, w tym że kąt komutacji μ (w °el) jest zależny od kąta wysterowania α. Podczas komutacji na wyjściu dławików sieciowych różnica napięcia między anodami tyrystorów w obwodzie komutacji jest bliska zeru (pomijając napięcie przewodzenia tyrystorów 2U_T).

Rys. 3.9. Przebiegi występujące w tyrystorowym prostowniku trójfazowym: a) napięć fazowych i napięcia wyprostowanego (część zakreskowana) z uwzględnieniem komutacji, b) prądu płynącego przez tyrystor Ty1, c), d), e) prądów przewodowych, f) prądu wyprostowanego. (Układ połączeń prostownika według rys 3.8a)

Rys. 3.10. Przebiegi występujące w mostku trójfazowym pracującym przy kącie wysterowania α = 75°el, a) napięć fazowych, b) napięcia wyprostowanego (część zakreskowana na rys 3.10a) dla L_W = 0, c) prądu płynącego przez tyrystor Ty1, d) prądu linii zasilającej (w pierwszej fazie), e) prądu wyprostowanego, gdy indukcyjność w obwodzie wyjściowym L_W = 0, f) prądu wyprostowanego, gdy L_W ≠ 0.

Rys. 3.11. Wyznaczanie przesunięcia fazowego dla prostownika trójfazowego mostkowego: a) przebiegi napięć fazowych zasilających, b) przebieg prądu w linii, gdy L_W = ∞, c) przebieg prądu i napięcia fazowego dla pierwszej harmonicznej. (Kąt przesunięcia fazowego prądu względem napięcia φ_1α zależy od kąta wysterowania α = φ_α i kąta komutacji μ, który odpowiada współczynnikowi odkształcenia φ₁)

Układy przekształtników nawrotnych. Trójfazowe tyrystorowe przekształtniki mostkowe pracują w I kwadracie wykresu U_d = f(I_d), przy sterowaniu w zakresie 30-90°el. Przy większych wartościach kąta wysterowania, w zakresie 90-150°el, przekształtnik „przechodzi” do IV kwadratu charakterystyki (rys. 3.1 i 3.15). W kwadracie tym wartość średnia napięcia przekształtnika jest ujemna. Oznacza to, że energia jest odbierana ze źródła prądu stałego i kierowana do sieci.

Rys. 3.13. Zmienność napięcia wyjściowego przekształtnika sterowanego fazowo w funkcji kąta wysterowania α.

Rys. 3.1. Kwadraty charakterystyki.

Rys. 3.14. Nawrotny układ napędowy prądu stałego

PSI, PSII - sekcje przekształtnika, M - silnik, PT - prądnica tachometryczna, R (ω) - regulator prędkości, R (I_I), R (I_II) - regulatory prądu sekcji PSI i PSII, SI, SII - sterowniki dla obu sekcji, BP - blokada wprowadzająca sekcje PSI i PSII do pracy, Sep - układ z galwaniczną separacją obwodów do przetwarzania sygnału prądu o napięciu 0 - 60 mV na sygnał o napięciu do 10 V, R_b - bocznik.

Rys. 3.15. Charakterystyki statyczne przekształtnika nawrotnego (w czterech kwadratach).

Rys. 3.16. Szeregowe układy połą-

czeń przekształtników dużej mocy:

a) dwa mostki tyrystorowe, b) dwa mostki: diodowy i tyrystorowy.

U_dII - napięcie stałe o zmiennej wart.

Rys. 3.17. Przebiegi napięć w przekształtniku zbudowanym z dwóch mostków tyrystorowych połączonych szeregowo: a) na wyjściu sekcji I, b) na wyjściu sekcji II, c) na wyjściu przekształtnika.

UKŁADY PROSTOWNIKÓW STEROWANYCH

7

I

IV

II

III

---