ГЛАВА ВТОРАЯ
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ
ТИРИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
электроприводов постоянного ТОКА
Управление двигателями постоянного тока в электроприводах подач стан-
ков, с ЧПУ осуществляется в настоящее время с помощью тиристорных преоб-
разователей (в широтно-импульсных преобразователях небольшой мощности в
качестве силовых элементов могут применяться мощные транзисторы). Тиристор-
ный преобразователь ТП, работающий на нагрузку в виде ДПТ, состоит из двух
основных частей (рис. 2.1): силовой схемы и системы импульсно-фазового уп-
равления. Основное назначение силовой схемы — преобразование 3-фазного пе-
ременного напряжения сети в постоянное напряжение t/Tn для питания якорной
цепи ДПТ, величина которого зависит от величины управляющего напряжения
t/yjtp, подаваемого на вход ТП. В отличие от обычного управляемого выпрями-
теля силовая схема ТП в определенных режимах работы ДПТ осуществляет об-
ратное преобразование напряжения постоянного тока в напряжение переменного
тока (так называемый инверторный режим). Для регулирования величины вы-
прямленного напряжения изменяют длительность проводящего состояния тири-
стора путем изменения фазового угла открывания тиристора а относительно на-
чала положительной полуволны анодного напряжения. Эту задачу решает си-
стема импульсно-фазового управления СИФУд осуществляя преобразование не-
прерывного входного сигнала управления Uyap в фазовый сдвиг отпирающего
импульса а^что иллюстрируется рис. 2.2. Здесь для фазы А показано пилообраз-
ное опорное напряжение с линейно-нарастающим рабрчнм участком
а—d. Значение начального угла управления аНач, отсчитываемого
от момента естественного отпирания тиристора, устанавливается напряжением
смещения UCK. При увеличении действующего встречно смещению входного уп-
равляющего напряжения £/упр угол управления а уменьшается. Зависимость уг-
ла а от t/ynp может быть определена из следующих соображений. Пусть измене-
те
нию <£>t= — (ш — круговая частота напряжения питания) соответствует изме-
нение напряжения на выходе генератора пилообразного напряжения, равное Un,
тогда на основании соотношения, которое непосредственно следует из рассмот-
рения рис. 2.2,
20
Рис. 2.1. Блок-схема тиристорного преобразователя
анач — а	Д/2
IJ	П	X*'1)
^упр	иП
можно, записать выражение, связывающее угол управления с сигналом на входе
СИФУ:
Практически в СИФУ в качестве опорного напряжения может использовать-
ся не только пилообразное напряжение, но и синусоидальное, косинусоидальное,
сформированное из отрезков синусоид напряжений нескольких фаз питающей
сети и т. д. Опорное напряжение должно быть синхронизировано с соответствую-
щей фазой питающей сети.	1
Структурная схема СИФУ для управления тиристором фазы А1 показана на
рис. 2.3. Она состоит из фазосдвигающего устройства ФСУ и усилителя-форми-
рователя импульсов УФИ. ФСУ состоит из блока опорного напряжения БОН, уз-
ла суммирования опорного напряжения £70п с входным управляющим напряже-
нием Uynp и нуль-органа НО. Формирование опорного напряжения в БОН осу-
ществляется из напряжения at, жестко привязанного по фазе к напряжению пи-
тающей сети А1. Напряжение с выхода узла суммирования подается на вход НО,
который формирует импульс в момент сравнения напряжений С/Оп и £7уПр или
в момент прохождения через нуль суммарного напряжения. Далее этот импульс
после усиления и формирования подается на управляющий электрод тиристора
для его открывания. Управляющие импульсы должны иметь достаточную мощ-
ность и высокую крутизну, необходимую для четкого открывания тиристоров.
Ток в импульсе должен превышать ток управления спрямления тиристора, а дли-
тельность импульса должна превышать время нарастания силового тока тири-
стора до величины тока "удержания.
21
Рис. 2.2. Принцип фазировки импульсов СИФУ
Наибольшее применение нашел так называемый вертикальный принцип по-
строения СИФУ, при котором в результате суммирования С70п и £7уПр получает-
ся напряжение t/вх-во, повторяющее по форме напряжение £/оп, но Смещенное
по вертикали в ту или иную сторону в зависимости от величины,и знака напря-
жения t/ynp (рис. 2.4).
Ниже рассматриваются особенности и принципы работы силовых схем ти-
ристорных преобразователей (для краткости далее просто тиристорных преоб-
разователей). Тиристорные преобразователи выполняются однофазными и много-
фазными. Прн небольшой мощности нагрузки и невысоких требованиях к каче-
Рис. 2.3. Структурная схема СИФУ
22
ству управления применяются более простые однофазные ТП. В приводах подач
станков в основном применяются многофазные ТП, что связано с существенным
уменьшением пульсаций выпрямленного напряжения, более высоким быстродей-
ствием и'т. д. Все многофазные силовые схемы ТП делятся на нулевые и мо-
стовые.
В нулевых схемах (рис. 2.5, а) нагрузка, например якорная цепь электро-
двигателя, подключается к нулевой точке вторичной обмотки трансформатора и
к общей точке, в которой объединяются тиристоры, подключенные к вторичным
обмоткам трансформатора. Если тиристоры объединены своими катодами, такое
включение называют катодной группой тиристоров, если же анодами — анодной
группой тиристоров. Для сглаживания’пульсаций выпрямленного тока последо-
вательно с нагрузкой включается реактор, представляющий собой дроссель с
большой индуктивностью L. Мостовая схема (рис. 2.5, б) получается путем по-
следовательного соединения двух нулевых схем: анодной и катодной. При этом
-используются оба полупериода переменного напряжения, однако число тири-
сторов в такой схеме в 2 раза больше, чем в нулевой. Мостовые схемы обеспе-
чивают более высокое выпрямленное напряжение, меньшую величину и большую
частоту пульсаций, лучшее использование силового трансформатора. Приведенные
схемы относятся к нереверсивным ТП.
На примере более простой нулевой схемы ТП (рис. 2.5) рассмотрим неко-
торые особенности и принцип работы ТП. Более подробные сведения по теории
работы управляемых вентильных преобразователей и необходимые соотношения
можно найти в работах [5—§]. Первоначально положим, что вместо тиристо-
ров включены обычные диоды VI—V3, аноды которых находятся под потенциа-
лами выводов соответствующих вторичных обмоток относительно нулевого выво-
да (напряжения ел, ев, ес). Эти напряжения сдвинуты относительно друг друга
на угол 2л/т (где m — число фаз), как показано на рис. 2.6. В промежуток вре-
мени fi—fs ток проходит только через диод VI, поскольку напряжение ел, при-
ложенное к катодам диодов V2 и V3, больше напряжений ев и ес, приложенных
к их анодам, и, следовательно, запирает их. В момент it напряжение ев сравни-
23
вается с ес и далее превышает последнее. Следовательно, с этого момента начи-
нает проводить ток диод V2, а напряжение ев, приложенное к катодам диодов
VI и V3, запирает их. Процесс перехода тока с одного диода на другой под дей-.
ствием ЭДС вторичной обмотки трансформатора называется естественной комму-
тацией. Соответственно период —t2 называется периодом естественной комму-
тации. Естественная коммутация свойственна неуправляемым выпрямителям. При
этом среднее значение выпрямленного напряжения равно
, г—	т	я	» •
tfdo = V2 £2—sin —,	(2.3)
я	т
где Е2 — действующее значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора. Реаль-
но процесс коммутации вентилей протекает не мгновенно, а в течение некоторого
промежутка времени. Это связано с действием индуктивности рассеяния вторич-
ных обмоток трансформатора, которая поддерживает ток в вентиле, выходящем
из работы, и уменьшает ток в вентиле, входящем в работу. По этой причине су-
ществует период, когда ток проходит через два вентиля. Фазовый угол у, соот-
ветствующий этому периоду, называется углом коммутации (рис. 2.6). В комму-
тационный период потенциал общей точки катодов, который должен был иметь
значение ев, равен полусумме ЭДС двух фаз ‘/2 (ел+ев). В конце процесса ком-
мутации, когда вентиль VI закрывается, этот потенциал скачком возрастает до
величины, определяемой ЭДС фазы В. В результате среднее значение выпрям-
ленного напряжения уменьшается на величину
Рис. 2.6. Коммутация токов в неуправляемом вы-
прямителе
(2-4)
где х2т — индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки трансформа-
тора; /н — ток нагрузки. В контуре коммутации, состоящем из вторичных обмо-
ток трансформатора (фазы А1 и BJ) и вентилей VI, V2, действует разность ЭДС
ев—еА, показанная штриховой линией на рис. 2.6. Заштрихованные площадки
отражают эффект уменьшения выпрямленного напряжения, связанный с процес-
сом коммутации.
В управляемых выпрямителях вместо диодов применяют тиристоры, на уп-
равляющий электрод которых подается управляющий импульс, смещенный отно-
сительно точки естественного открывания на некоторый фазовый угол а, назы-
ваемый углом запаздывания зажигания, так как он. характеризует запаздывание
открывания тиристора по сравнению с моментом естественного зажигания
(рис. 2.7). При этом соответственно смещается во времени момент вступления
в работу очередного тиристора и затягивается работа предыдущего. Наблюдается
также процесс коммутации. Среднее значение выпрямленного напряжения Us
будет пропорционально cos а.
__	do cos а.	(2.5)
Эффект управления ТП иллюстрируется рис. 2.8, на котором показаны графи-
ки выходного напряжения при изменении угла управления а от 0 до 90°. Здесь
же показан минимальный угол amid, при котором ТП теряет управление, так как
ЭДС двигателя £дв в зоне amin больше мгновенного значения напряжения фазы,
и напряжение на тиристоре становится отрицательным. Кривая мгновенных зна-
25
Рис. 2.7.' Коммутация токов в управляемом выпря-
мителе
чений выпрямленного напряжения выделена жирной линией.'Для наглядности
на одном графике показано изменение угла а от 0 до 90°, тогда как реально при
каждом значении а может проходить любое количество периодов напряжения
фаз питающей сети. Можно видеть, что прохождение тока будет и прн отрица-
тельном значении фазного напряжения. Это объясняется наличием индуктивности
в цепи нагрузки. Также следует отметить, что при работе ТП напряжение на его
зажимах будет меньше, чем среднее значение выходного напряжения выпрями-
теля. Это связано с падением напряжения на тиристорах, на активном сопро-
тивлении силовой цепи, а также с процессом коммутации тиристоров. Последнее,
имеет наибольшее значение и обычно превышает два предыдущих. Падение на-
пряжения на тиристорах можно принять примерно постоянным Д£/т = 0,5—1,0 В.
Падение напряжения на активном сопротивлении силовой цени пропорционально
току нагрузки Д£7л=/яЛЯц.
Toitaa на зажимах ТП среднее выпрямленное напряжение равно
UB = Ud0 cos а—ДПк—ДПн—Д^т-	(2.6)
или
t7B — t/rfoCOS а ZH
х2т- т
Чт.
+ Ляц ) -ДУТ-
(2.7)
Последнее выражение представляет собой внешнюю характеристику ТП
(рис. 2.9), из которой следует, что с увеличением угла а напряжение на зажимах
ТП уменьшается, а при постоянном значении а уменьшение этого напряжения
происходит с увеличением тока- нагрузки. Наклон внешней характеристики от-
ражает внутреннее сопротивление ТП, которое определяется отношением
26
Рис. 2.8. Выходное напряжение ТП при различных углах управления
Можно видеть, что в области больших токов нагрузки Pirn относительно
мало, однако с уменьшением тока нагрузки наклон характеристик увеличивается,
что говорит об увеличении внутреннего сопротивления ТП. Прследнее связано с
тем, что ТП переходит из режима «непрерывного тока» нагрузки в режим «пре-
рывистых токЬв». Физическая картина появления прерывистых токов поясняется
рис. 2.10. При уменьшении тока нагрузки уменьшается количество энергии, за-
Рис. 2.9. Внешняя характеристика ТП
27
Рис. 2.10. Кривые выпрямленного напря-
жения:
а — режим непрерывного . тока; б — режим
ч	прерывистого тока
! = Ч*> Л
г₽ х2т + хн I
пасаемой в индуктивности силовой
цепи, так как последняя в реальных
условиях имеет конечное значение, и
наступает момент, когда накоплен-
ной энергии оказывается недостаточ-
но, чтобы поддерживать ток при от-
рицательных напряжениях на аноде
тиристоров, вследствие чего ток в
цепи якоря уменьшается до нуля,
т. е. становится прерывистым. Умень-
шение энергии, запасаемой в индук-
тивности силовой цепи, при уменьше-
нии тока нагрузки отражается на
рис. 2.10 уменьшением заштрихован-
ной площадки S2, соответствующей
проводящему состоянию вентиля при
отрицательном напряжении на его
аноде. В промежутках ft—<2 при от-
сутствии тока в цепи нагрузки напря-
жение на зажимах ТП равно ЭДС
двигателя Едв.
Существует определенная связь
между углом регулирования а н гра-
ничным током нагрузки /Гр, разделя-
ющим указанные два режима работы
ТП. По мере уменьшения напряже-
ния холостого хода UTT величина
граничного тока увеличивается, и ре-
жим прерывистых токов будет наб-
людаться при больших значениях тр-
ка нагрузки. В общем виде эта связь
определяется формулой
— — ctg— | sin а,	(2.9)
тп т)
где Хй — индуктивное сопротивление нагрузки.
Этому выражению на рис. 2.9 соответствует штриховая линия, ограничива-
ющая режим прерывистых токов и представляющая собой дугу эллипса.
Выше был рассмотрен выпрямительный режим работы ТП. Однако исполь-
зование только такого режима работы существенно ограничивает возможности
управления двигателем постоянного тока. Обратимся к рис. 2.2, 2.5, 2.8 и выра-
жению (2.5). При значении угла регулирования а=90° среднее значение выпрям-
ленного напряжения ТП US = Q и двигатель находится в покое. Для пуска дви-
гателя и его разгона необходимо уменьшать угол а, при этом увеличивается UB
и двигатель разгоняется, ддновременно возрастает и ЭДС двигателя Едв. В ус-
28
тановившемся режиме работы электродвигателя, если пренебречь падениями
напряжения в силовой цепи, напряжение ТП будет уравновешиваться ЭДС дви-
гателя. Предположим, что требуется уменьшить частоту вращения двигателя.
С этой целью должен быть увеличен угол регулирования а, что вызывает соот-
ветствующее уменьшение напряжения ТП. Поскольку ЭДС двигателя мгновен-
но измениться не может, она оказывается больше напряжения ТП, при этом ти-
ристоры запираются и электродвигатель оказывается как бы отключенным от
ТП. Начинается свободное торможение двигателя, определяемое только момен-
том сопротивления нагрузки. В процессе торможения двигателя наступит мо-
мент времени, когда в результате уменьшения £дв она снова сравняется с Us.
При этом установится новое значение частоты вращения двигателя. Такой, про-
цесс торможения оказывается, как правило, недопустимо длительным. С целью
его сокращения применяют динамическое торможение ДПТ, при котором якорь
двигателя подключается с помощью силовых ключей (в качестве которых также
могут использоваться тиристоры) к резистору динамического торможения. Од-
нако при этом наиболее интенсивное торможение наблюдается только в началь-
ный момент. Далее, по мере уменьшения тока якорной цепи двигателя, тормо-
зящий момент также уменьшается, что затягивает процесс торможения.
Наиболее рациональным с точки зрения сокращения времени торможения и
экономичности является так называемый режим рекуперативного торможения,
при котором часть энергии возвращается в сеть, а электродвигатель в процессе
такого торможения работает в качестве генератора. Таким образом, необходимо
реализовать обратное преобразование энергии из цепи постоянного тока в питаю-
щую сеть переменного тока. Такой процесс называется инвертированием, а уст-
ройство, . с помощью которого осуществляется этот процесс,— инвертором.
Рассмотрим, при каких условиях ТП может работать в режиме инвертора.
Прежде всего необходимо, чтобы £дв стала больше t/B, именно с этого условия
начинается процесс торможения. Однако, как мы видели выше при рассмотре-
нии этого процесса на примере схемы ТП (рис. 2.5, а), в этом случае происходит
запирание тиристоров и отключение двигателя от ТП. Для осуществления ин-
вертирования энергии необходимо, чтобы проходил ток по силовой цепи, что
непосредственно не может быть реализовано вследствие односторонней прово-
димости тиристоров.
Для того чтобы появилась возможность создать ток через вентиль в процессе
торможения, необходимо изменить полярность подключения якоря электродвига-
теля к тиристорам, что можно сделать, например, с помощью контактной схемы.
В этом случае ЭДС двигателя и напряжение ТП совпадают по направлению и
ток силовой цепи будет проходить через вентиль, т. е. в том же направлении,
как и в двигательном режиме. Двигатель оказывается в режиме противовключе-
ния и начнет тормозиться, отдавая энергию в силовую цепь. Однако рекуперации
энергии в сеть переменного тока происходить не будет. Это объясняется тем, что
фазовые соотношения между током вторичной обмотки трансформатора, током
вентилей и ЭДС вторичной обмотки остались те же, что и в двигательном режи-
ме. Таким образом, для получения режима рекуперации необходимо изменить'
фазу тока или напряжения во вторичной обмотке трансформатора на противо-
29
Рнс. 2.11. GxeMH замещения нереверсивного
ТП:
а — выпрямительный режим; б — инверторный ре-
жим
двигателя. Таким образом, для осуществления
положную. Первое не представ-
ляется возможным из-за одно-
сторонней проводимости тири-
сторов, поэтому необходимо из-
менить фазу напряжения вто-
ричной обмотки. Следует иметь
в виду, что здесь речь идет не
об изменении фазы питающего
напряжения вообще, а об ее
изменении только в период про-
хождения тока через обмотку
трансформатора и тиристор в
процессе торможения электро-
режима инвертирования необхо-
димо выполнить два условия:	।
—	изменить полярность ЭДС двигателя на противоположную;
—	обеспечить подачу открывающих импульсов на тиристоры таким образом,
чтобы ток большую часть времени протекал бы при отрицательной полуволне-
питающего напряжения (а>90°).
При выполнении этих условий' двигатель работает в режиме рекуперативного
торможения генератором, вентиль и трансформатор — в инверторном режиме пе-
редачи энергии в сеть.
На рис. 2.11 в упрощенном виде'показана работа ТП в выпрямительном (а)
и инверторном (б) режимах. Здесь регулировочные свойства преобразователя учи-
тываются йсточником регулируемого напряжения Udo cos а, а эффект односто-
ронней проводимости — включением диода VI. В выпрямительном режиме по-
лярность UB положительная, поскольку открывание тиристоров происходит при
п
положительных полупериодах анодного напряжения	рис. 2.8) и направ-
ление тока совпадает с направлением напряжения UB, но противоположно на-
правлению ЭДС двигателя Ддв.
В инверторном режиме (рнс. 2.11, б), наоборот, направление тока совпадает
с направлением £дв, полярности напряжения ТП и ЭДС двигателя противопо-
ложны по сравнению с выпрямительным режимом.
Протекание тока при отрицательных значениях питающего напряжения обес-
печивается заданием угла регулирования а большим, чем 90 эл. градусов
(тс \
а > — j, Кривые напряжений силовой схемы в инверторном режиме показаны
на рнс. 2.12. Отметим еще раз, что несмотря на то, что импульсы для открыва-
ния тиристоров могут подаваться при отрицательных полупериодах анодного
напряжения, его включение и прохождение тока через тиристор обеспечивается
за счет положительного результирующего напряжения, приложенного между
анодом и катодом тиристора, поскольку в "этом режиме, как было отмечено вы-
ше, должно выполняться условие |£дв | > | Us |.
Угол регулирования а в инверторном режиме больше 90°. Для удобства ана-
30
лиза его обычно заменяют углом, опережения зажигания р, который связан с уг-
лом а соотношением
Р=180°—а	(2.10)
и тоже не будет превышать.90°. Название «угол опережения зажигания» связа-
но с тем, что в инверторном режиме этот угол показывает, насколько момент
подачи открывающего тиристор импульса предшествует (опережает) момент ес-
тественного зажигания тиристора в этом режиме (рис. 2.12, например, р=60°).
Внешняя характеристика инвертора будет определяться выражением
“	+ Ляц) +Д^Т-	(2.11)
Необходимо отметить еще одну особенность осуществления режима инвер-
тирования. Она. связана с необходимостью ограничения минимального значения
угла р. Для обеспечения нормальной работы тиристоров в- инверторном режиме
минимальное значение угла опережения зажигания Р должно быть ограничено
таким образом, чтобы за время t\—t2 (рис. 2.12) закончились процессы комму-
тации и вентиль, выходящий из работы (вс), восстановил свои управляющие
свойства, т. е. полностью заперся. Отсюда
Pmin^y+6+ф,	(2.12)
где у — угол коммутации (время спадания тока в вентиле);
6 — угол восстановления управляющих свойств;
Ф—угол запаса, связанный с несимметрией подачи управляющих импульсов
по фазам.
Если же это условие не будет выполнено, то при коммутации тока с фазы
ес на фазу еА к моменту времени t2 ток через, тиристор фазы ес не успеет стать
меньше тока удержания, и так как в этот момент тиристор фазы ес снова'будет
находиться под более положительным потенциалом, чем тиристор с ЭДС еА, он
откроется вновь, выключив тиристор фазы еА (этому случаю сответствует жир-
31
Рнс. 2.13. Реверсивные схемы силовых цепей:
а — перекрестная; б нулевая; в — мостовая
ная линия —ЭДС ес и пунктирная еА на
рис. 2.12. В результате полярность ЭДС
двигателя и напряжения ТП совпадут, т. е.
наступит короткое замыкание или, как гово-
рят, опрокидывание инвертора.
Для того чтобы иметь возможность осу-
ществить рекуперативное торможение элект-
родвигателя с использованием режима ин-
вертирования и не производить переключе-
ний в силовой цепи, применяют схемы с дву-
мя комплектами тиристоров. Достоинством
таких схем является возможность реверси-
рования двигателя. Поэтому такие двух-
комплектные тиристорные преобразователи
называются реверсивными.
Наиболее распространенные силовые
схемы реверсивных тиристорных преобразо-
вателей с двумя комплектами тиристоров
представлены на рнс. 2.13: перекрестная (а);
нулевая (б) и мостовая (в). Эти схемы лег-
ко получаются объединением схем двух не-
реверсивных ТП. При этом в зависимости от
направления вращения электродвигателя
один комплект ТП работает в выпрямитель-
ном режиме, а другой — в инверторном. Эк-
вивалентная схема (рис. 2.14), отражающая
работу двухкомплектного реверсивного ТП,
получается путем объединения эквивалент-
ных схем на рис. 2.11, соответствующих вы-
Рис. 2.14. Схемы замещения ре-
версивного ТП:
1 — выпрямительный режим; б — ин-
верторный режим
прямительному и инверторному режимам ра-
боты ТП. На рнс. 2.14, а первый комплект
тиристоров работает в качестве выпрямите-
ля (1В), а второй — инвертора (2И), что
обеспечивает вращение двигателя по часовой
стрелке (для примера). На рис. 2.14, б, наоборот, первый комплект работает ин-
вертором (1И), а второй — выпрямителем (2В), чему соответствует вращение
двигателя в противоположном направлении — против часовой стрелки.
Для равновесного состояния схе-мы можно записать
Елъ = ие~ &U;	(2.13)
£"дв — Пя 4* АСУ,	(2.13)
где АСУ— падение напряжения на тиристорах, откуда
Ua=UB— 2 АСУ,	(2.14)
или	Udo cos P=C7d0 cos а—2 АСУ.	(215)
2 Заказ 4546
33.
Рис. 2.15. Диаграмма напряжений реверсив-
ного ТП при согласованном управлении
Рис. 2.16. Статические характеристики
реверсивного ТП:
а — регулировочная: б — внешняя
Это уравнение позволяет устано-
вить связь между углами а и 0. На
основании (2.15) можно записать
2Д U
COS 0 = COS а---—---- ,	(2.16)
do 
или, при пренебрежении членом
2 Д U	‘
—г—	вследствие его малой ве-
b'do
личины,
а=0,	(2.17)
или, с учетом соотношения (2.10),
ав + аи=180°.	(2.18)
Управление двухкомплектным ти-
ристорным преобразователем по та-
кому закону называется согласо-
ванным. В качестве примера на
рис. 2.15 приведены графики на-
пряжений для перекрестной схемы
реверсивного 777 (см. рис. 2.13‘, а)
при согласованном управлении.
Особенностью такой силовой схемы
является то, что анодные напря-
жения обоих комплектов тиристо-
ров находятся в фазе. В отличие
от этой схемы, для встречно-парал-
лельных схем, к которым относятся
нулевые (см. рис. 2.13, б) и мосто-
вые (см. рис. 2.13, в), анодные на-
пряжения комплектов тиристоров
находятся в противофазе.
При согласовании регулиро-
вочных характеристик вентильных
групп в 90° (из условия 2.18) ре-
зультирующая регулировочная ха-
рактеристика имеет вид, показан-
ный на рис. 2.16, а сплошной лини-
ей. При согласованном (по усло-
вию 2.18) совместном управлении
комплектами тиристоров . (когда
отпирающие импульсы подаются
на обе группы тиристоров, одна из
которых работает в выпрямитель-
34
Рис. 2.17. Природа статического уравнительного тока
ном, а другая в инверторном режимах) возникает так называемый урав-
нительный ток, который замыкается внутри выпрямительной и инверторной групп
вентилей, мииуя цепь нагрузки, и может быть непрерывным или гранично-ие-
прерывным.^ В этом случае даже при отсутствии тока нагрузки устраняется зона
прерывистых токов и внешние характеристики становятся линейными. Если пре-
небречь падением напряжения в вентилях, то внешние характеристики будут
прямыми линиями, проходящими без излома из режима выпрямления в режим
инвертирования (рис. 2.16, б). Прохождение уравнительного тока, минуя цепь
нагрузки, показано на эквивалентных схемах двухкомплектных ТП (см. рис.,2.14).
При совместном согласованном управлении, даже если допустить, что сред-
ние выпрямленные напряжения выпрямителя и инвертора одинаковы, мгновенные
напряжения не равны и для ограничения уравнительного тока на требуемом
уровне необходимо в контур между выпрямителем и инвертором включить то-
коограничивающие реакторы (индуктивности L1—L4 на рис. 2.13). Индуктивность
реакторов выбирается такой, чтобы уравнительный ток не превышал 10% номи-
нального тока нагрузки.
2*
35
Рис. 2.18. Природа динамического уравнительного тока
В качестве примера, наглядно иллюстрирующего наличие уравнительного то-
ка, на рис. 2.17 приведены кривые фазных напряжений для выпрямительной и
инверторной групп (напряжения этих групп, как отмечалось выше, находятся в
противофазе), диаграммы уравнительных напряжений и токов для наиболее рас-
пространенной реверсивной нулевой силовой схемы (см. рис. 2.13, б). Как вид-
но из рис. 2.17, статический уравнительный ток имеет Начально-непрерывный ха-
рактер, т. е. в конце своего периода достигает нулевого значения. Это обстоя-
тельство позволяет ограничивать статический уравнительный ток с помощью
индуктивности. Чем больше L, тем меньше уравнительный ток, однако при этом
уменьшается быстродействие привода, поскольку увеличивается индуктивность
якорной цепи электродвигателя.
При реверсах электропривода может появляться динамический уравнитель-
ный ток, что поясняется рис. 2.18 для перекрестной схемы, т. е. когда анодные
напряжения находятся в фазе. Пусть в момент времени t0 подана команда на
реверс. При этом группа вентилей, работавшая в инверторном режиме (пунктир-
ная линия), переходит в выпрямительный режим мгновенно (при предельном
быстродействии системы управления преобразователем), тогда как группа вен-
тилей, работавшая в выпрямительном режиме (непрерывная линия), может пе-
реходить в другой режим лишь по отрезку синусоиды напряжения анода тири-
стора, проводившего ток в момент подачи команды на реверс. При этом, как вид-
но из кривых, несоответствие напряжений двух групп вентилей в переходном ре-
жиме вызывает толчок динамического уравнительного тока, который затем будет
уменьшаться до значения статического уравнительного тока. Очевидно, что наи-
больший динамический уравнительный ток будет в случае подачи команды на
36
реверс в момент открывания очередного вентиля. Следует отметить, что величи-
ну уравнительного тока можно значительно уменьшить и даже исключить совсем,
за счет нелинейного согласования групп вентилей.
Уравнительных токов не будет ,при /гак называемом раздельном управлении
вентильными группами, когда отпирающие импульсы подаются только на одну
из групп в зависимости от требуемого, режима работы ТП в данный момент. По-
скольку одна из групп вентилей всегда заперта, контур для протекания урав-
нительного тока отсутствует. Такой способ управления, несмотря на значитель-
ное усложнение схемы управления группами вентилей, нарушение непрерывности
управления и появление зоны неоднозначности в регулировочной характеристике^
находит в настоящее время все большее и большее применение. Это стало воз-
можным за счет миниатюризации цифровых и аналоговых интегральных схем,
позволяющих устранить многие недостатки данного способа управления при
сохранении приемлемых габаритных размеров преобразователей. Экономия же в
. силовой части (исключение уравнительных дросселей, полное использование га-
баритной мощности силового трансформатора и т. д.) очевидна.