Двухфазный тиристорный преобразователь

На рис. 1.83 представлена модель двухфазного нереверсивного ти_ ристорного преобразователя. Источник питания частотой 50 Гц AC Vol* tage Source обеспечивает амплитуду напряжения 100 В.

Выпрямление и регулирование выходного напряжения обеспечива_ ется тиристорным преобразователем Universal Bridge, который управляет_ ся системой импульсно_фазового управления SIFU. Нагрузка преобразо_ вателя активно_индуктивная – Series RLC Branch. Предусмотрена возмож_ ность подключения нулевого вентиля Diode. Результаты исследования отражаются на экране осциллографа Scope1 в виде четырёх диаграмм: се_ тевое напряжение U_ab, сигнал управления тиристорами Pulse, выходное напряжение преобразователя (выпрямителя) U_n и ток в нагрузке I_n. Схема модели системы импульсно_фазового управления (СИФУ) и временная диаграмма её работы показаны на рис. 1.84, 1.85.

Интегратор (см. рис. 1.84) устанавливается в исходное нулевое со_ стояние сигналом перехода синхронизирующего напряжения через ноль. За время половины периода питающего (синхронизирующего) напряжения выходное напряжение интегратора достигает 1 В, так как

коэффициент усиления блока Gain выбран равным двум. Далее, очеред_ ным переходом синхронизирующего напряжения через нуль, интегра_ тор устанавливается в исходное состояние и начинается очередной процесс линейного нарастания выходного напряжения на выходе (см. рис. 1.85). Так работает генератор пилообразного напряжения (ГПН). Однако, для обеспечения возможности ввода угла управления α (alfa) в градусах, выходное напряжение интегратора усиливается в180 раз (см. вторую диаграмму на рис. 1.85).

g	+			+	i
			-

AC Voltage Source

A

A

A

Series RLC Branch

B

B

B

-

C

C

Three-Phase

Universal Bridge

+

Series RLC Branch

v

-

f requency

c

frequency

switch

Step

switch

Breaker

alf a

Diode

alfa

Block

pulse

+

v

Ua

-

Ub

Scope1

SIFU

Рис. 1.83. Нереверсивный двухфазный тиристорный преобразователь (Fig 1_83)

1

-K-

frequency

Gain

s

Gain2

+

v

Ua

-

Hit

Integrator

Crossing

>=

Ub

Scope

Relational

>=

AND

double

Operator1

pulse

switch

u[1]+u[2]

Relational

Logical

Data Type Conversion1

Operator

AND

Fcn

Operator

Logical

alfa

boolean

NOT

Operator4

Logical

Block

Operator1

boolean

NOT

AND

Saturation

Logical

Operator2

Logical

Operator3

Рис. 1.84. Схема модели SIFU

Для формирования импульсного сигнала заданной длительности (ширины) switch используется логическая схема 3И (Logical Operator). На первый вход 3И подаётся результат временного сравнения суммар_ ного напряжения alfa и switch, а на второй – только напряжения alfa.

Причём напряжение ГПН, в отличии от первой схемы сравнения Rela* tional Operator1, подано на первый вход схемы сравнения Relational Ope* rator. Такая схема коммутации входов схем сравнения позволила ре_шить две задачи: получить фазовый сдвиг импульса управления и сфор_ мировать импульс необходимой длительности. На третий вход 3И через инвертор подаётся сигнал блокировки SIFU в виде напряжения в 1 В. На время блокировки все сигналы Pulse отсутствуют и преобразователь не управляется. На приведённых диаграммах (рис. 1.85) демонстриру_ ется процесс формирования угла управления α = 90.

Рис. 1.85. Временная диаграмма работы SIFU

На рис. 1.86 представлены временные диаграммы работы преобра_ зователя без диода (время 0...0,2 с) и с диодом (время 0,2...0,4 с).

Преобразователь управляется импульсными сигналами с фазовым сдвигом относительно питающего напряжения 90. При отсутствии венти_ ля с бесконечно большим значением индуктивности нагрузки выходное напряжение и ток нагрузки должны соответствовать нулевому значению. При выбранных параметрах нагрузки модели установлено, что ток преры_ вистый, с амплитудой около 2,5 А. ПротивоЭДС нагрузки «держит» тири_ сторы рабочей группы в открытом состоянии почти четверть периода, что приводит к минимальному среднему выпрямленному напряжению.

Увеличенный фрагмент диаграммы, иллюстрирующий режим ра_ боты без вентиля, показан на рис. 1.87. Согласно диаграмме тиристоры остаются открытыми в начале отрицательной полуволны питающего напряжения. Это не позволяет нарастать току нагрузки.

Рис. 1.86. Результаты моделирования работы преобразователя
	на активно*индуктивную нагрузку
с углом α = 90 без нулевого вентиля и с ним
		Uab
-50
-100
		Pulse
0.5
		Un
-50
-100
		In
-5	0.01	0.015	0.02	0.025	0.03
0.005
Рис. 1.87. Фрагмент временной диаграммы работы без вентиля

Вторая часть диаграммы на рис. 1.86 (работа с вентилем) иллю_ стрирует принципиально другой режим работы. Вентили рабочей груп_ пы тиристорного преобразователя включаются в работу с углом α = 90. При снижении текущего выпрямленного напряжения до нуля противо_ ЭДС нагрузки замыкается через вентиль, обеспечивая снижение тока в рабочей группе до нуля и закрытие тиристоров. Ток в паузе между кон_ цом полуволны питающего напряжения и следующим импульсом управления поддерживается энергией, запасённой в реактивном эл_ ементе нагрузки через нулевой вентиль. Как показано на рис. 1.86, с момента включения нулевого вентиля ток нагрузки стал нарастать до установившегося значения. Фрагмент в увеличенном масштабе пока_ зан на рис. 1.88. Ток в нагрузке непрерывный.

		Uab
-50
-100
		Pulse
0.5
		Un
-50
-100
		In
-5	0.22	0.225	0.23	0.235	0.24
0.215
Рис. 1.88. Фрагмент временной диаграммы работы с вентилем

На рис. 1.89 показана работа преобразователя без нулевого венти_ ля с различными углами управления: до момента времени 0,1 с задавал_ ся угол управления преобразователем 90, и далее – 30.

Ток нагрузки с минимального значения при угле управления 90, с подачей угла в 30, стал расти до установившегося значения с постоянной времени T = (L _ист + L _н)/(R _ист + R _н), где L _ист и R _ист – индуктивность и актив_ ное сопротивление источника питания; L _н и R _н – параметры нагрузки.

1)

2)

3)

4)

Рис. 1.89. Моделирование работы преобразователя без нулевого вентиля при мгновенном изменении угла управления с 90 на 30

Рис. 1.90. Влияние угла коммутации на выпрямленное напряжение

С увеличением тока нагрузки во времени амплитуда выпрямленно_ го напряжения уменьшается за счёт падения напряжения источника пи_ тания на активном сопротивлении источника. Кроме того, с ростом то_ ка нагрузки увеличивается угол коммутации, хорошо различимый на рис. 1.90. При подаче очередного импульса управления открывается закрытая пара тиристоров, при этом остаётся в открытом состоянии прежде работавшая группа. Включены обе рабочие группы тиристорно_ го преобразователя, источник питания закорочен накоротко, выходное напряжение равно нулю до тех пор, пока происходит процесс коммута_ ции: снижение тока работавшей группы до нуля и рост тока во включён_ ной группе до тока в нагрузке. В момент закрытия тиристоров работав_ шей группы происходит скачкообразный процесс увеличения текущего выпрямленного напряжения – процесс коммутации закончен.

Длительность процесса коммутации зависит от внутренней индук_ тивности источника питания и величины коммутируемого тока (тока нагрузки). На рис. 1.89 на третьей диаграмме этот процесс можно про_ следить.

Дата добавления: 2015-12-07