ТПЧ с непосредственной связью питающей сети и нагрузки

ТПЧ c непосредственной связью так называются потому, что источник питания ( на рис. 230 – это вторичная обмотка трансформатора Тр ) и нагрузка Z связаны непосред

ственно ( гальванически ) через тиристоры ( VS1…VS6 ).

Вначале рассмотрим принцип работы ТПЧ на примере одной фазы ( рис.230 ).

Рис. 230. Принципиальная схема 1-фазного ТПЧ с непосредственной связью

К основным элементам схемы относятся :

Тр – согласующий трансформатор, для получения необходимого напряжения на нагрузке Z ;

VS1…VS6 - тиристоры;

L1…L2 – сглаживающие дроссели;

Z - сопротивление нагрузки, например, фазная обмотка 3-фазного асинхронного двигателя.

Тиристоры VS1…VS6 разделены на 2 группы: группу I и группу II.

Группа I называется катодной, потому что катоды тиристоров этой группы соедине

ны в одну общую точку.

Группа II называется анодной, потому что аноды тиристоров этой группы соедине

ны в одну общую точку.

Принцип действия ТПЧ состоит в следующем ( рис. 231 ).

Рис. 231. Кривые фазных напряжения вторичной обмотки трансформатора и нагруз

ки: U , U , U - фазные напряжения; U - напряжение нагрузки

Схема управления тиристорами ( не показана ) поочерёдно включает группы тири-

сторов I и II подачей импульсов на управляющие электроды тиристоров.

Пусть, например, включена группа I. С момента включения тиристоры этой груп-

пы начинают работать как диоды в схеме однополупериодного выпрямления.

В такой схеме диоды переключаются поочерёдно напряжением питающей сети. Каждый диод открыт 1/6 периода переменного тока.

Пока левый диод открыт ( отрезок времени 1-2 ), он пропускает через себя полувол

ну напряжения к сопротивлению нагрузки. Через 1/3 полупериода ( точка 2 ) открывается средний диод , который пропускает ток в течение времени 2-3. Ещё через 1/3 полупериода открывается правый диод ( точка 3 ), пропускающий ток в течение времени 3-4.

При этом на отрезке времени 1-4 формируется положительная полуволна напряже-

ния на нагрузке.

В точке 4 схема управления отключает группу тиристоров I и включает группу II.

Тиристоры этой группы работают так же, как тиристоры группы I, за одним исклю

чением : они пропускают через себя и сопротивление нагрузки не положительные, а отри

цательные полуволны фазных напряжений.

Иначе говоря, при включённых тиристорах группы I полуволны выпрямленного тока протекали в направлении сверху вниз, группы II – снизу вверх.

Тем самым тиристоры группы II формируют отрицательную полуволну напряже-

ния на нагрузке.

Частота напряжения на сопротивлении нагрузки

f = f m / ( 2 n + m – 2 ),

где: f – частота тока питающей сети; m – число фаз напряжения питающей сети;

n – число участков синусоид, располагаемых в кривой полупериода напряжения нагрузки;

m – число тактов выпрямления ( m = m для нулевой схемы; m = 2 m -для мосто-

вой схемы; m - число фаз питающей сети ).

На рис. 229 изображена схема с использованием нулевой точки, поэтому m =

= m =3, на рис. 230 n = 3, т.к. на кривой полупериода напряжения нагрузки расположены три участка синусоид, 1-2, 2-3 и 3-4 .

Следовательно, в данном случае

f = f m / ( 2 n + m – 2 ) = 50*3 / ( 2*3 + 3 – 2 ) = 150 / 7 = 21, 4 Гц.

Рис. 232. Принципиальная схема 3-фазного ТПЧ с непосредственной связью

В схеме 3-фазного преобразователя ( рис. 232 ) схема управления переключает груп

пы тиристоров каждой фазы со сдвигом 120º. При этом в каждой фазной обмотке статора формируется кривая напряжения как на рис. 231, но кривая напряжения фазы В сдвинута на 120º, а фазы С – на 240º по отношению к кривой напряжения фазы А.

Поэтому через обмотку статора протекает 3-фазный переменный ток.

Особенности ТПЧ:

1. ток в обмотке статора имеет несинусоидальный характер, при этом увеличивают-

ся тепловые потери в обмотке статора и уменьшается вращающий момент двигателя;

2. к.п.д. ТПЧ довольно высокий ( η= 96-98% ), что объясняется сравнительно не-

большими потерями энергии в тиристорных группах I и II;

3. частота напряжения на выходе

f ₂ ≤ 0,3 f₁,

где f₁ – частота напряжения на входе.

Иначе говоря, регулирование частоты выходного напряжения возможно только в пределах от нуля до 30% частоты питающей сети, что объясняется ухудшением условий коммутации тиристоров на высоких частотах.