Преобразователи переменного напряжения при постоянной частоте. Однофазные регуляторы переменного напряжения

Глава 4. Преобразователи переменного напряжения при постоянной частоте

4.1 Однофазные регуляторы переменного напряжения

Изменение мощности, подводимой к потребителям переменного тока промышленной частоты, осуществляют с помощью регулируемых преобразователей переменного напряжения (рис. 4.1). Основными элементами такого регулятора являются встречно-параллельно включенные тиристоры  и . Тиристоры могут быть заменены симистором.

В зависимости от способа управления преобразователем (закона формирования управляющих импульсов для отпирания тиристоров) возможны два способа регулирования: фазовый и широтно-импульсный.

При фазовом регулировании изменяют фазу импульсов относительно момента естественного отпирания вентилей, при этом также регулируется длительность подключения нагрузки к питающей сети (рис. 4.2). Этот способ позволяет получить более плавную и быстродействующую регулировку мощности и используется в сварочных аппаратах, для регулирования освещения, управления асинхронными двигателями.

Рассмотрим работу регулятора напряжения с фазовым управлениям при активной нагрузке (). При положительной полуволне напряжения сети  тиристор  оказывается под обратным напряжением и пропускать ток не может. Тиристор находится под прямым напряжением и отпирается в момент  (рис. 4.2), при этом нагрузка подключается к сети и . Напряжение  возрастает скачком, ток повторяет форму напряжения. В момент полярность напряжения сети меняется, ток спадает до нуля и тиристор  запирается. До отпирания  напряжение и ток в нагрузке отсутствуют. При подаче в момент  управляющего импульса на , он отпирается, напряжение на нагрузке  вновь становится равным напряжению сети . В момент  происходит запирание . При работе ,  мощность передается из сети в нагрузку. При запертых тиристорах мощность от сети не потребляется.

Регулировочная характеристика преобразователя переменного напряжения представляет собой зависимость действующего значения напряжения на нагрузке  от угла отпирания тиристоров :

,                       (4.1)

здесь  - действующее значение фазной ЭДС сети.

При увеличении угла управления интервал передачи мощности от сети к нагрузке  уменьшается, мощность в нагрузке падает. Регулировочная характеристика преобразователя переменного напряжения  при активной нагрузке приведена на рис. 4.3.

Если нагрузка активно-индуктивная (), то индуктивность нагрузки препятствует резким изменениям тока и затягивает длительность протекания тока через тиристор . На рис. 4.1 приведены временные диаграммы напряжений и токов в преобразователе при , где .

В момент  управляющий импульс подается на , он открывается, на нагрузке устанавливается напряжение  и начинает нарастать ток нагрузки . На интервале  мощность передается из сети в нагрузку и частично запасается в индуктивности. В момент  напряжение сети изменяет свой знак, но индуктивность  задерживает уменьшение тока. Ток  продолжает протекать через нагрузку и тиристор , достигая нулевого значения спустя интервал . Интервал проводимости тиристоров увеличивается на угол , т.е. . Начиная с момента  направления напряжения и тока в нагрузке противоположны, т.е. индуктивность цепи нагрузки отдает накопленную энергию. В момент  энергия в индуктивности исчерпана, ток =0. До включения  следует бестоковая пауза (режим прерывистого тока). В момент  управляющий импульс подается на вентиль , на интервале  энергия снова передается из питающей сети в нагрузку. При увеличении угла управления   интервал, на котором энергия передается в нагрузку, будет уменьшаться и действующее значение напряжения на нагрузке будет снижаться.

Действующее значение напряжения на нагрузке, определяемое по формуле

_,

в относительных единицах дает

                    (4.2)

Для определения  может быть использовано уравнение:

.                           (4.3)

При  начало импульса тока через один тиристор совпадает с концом импульса тока через второй и бестоковая пауза в нагрузке исчезает