9. Трехфазные тиристорные регуляторы

Трехфазные тиристоры напряжения с естественной коммутацией (ТРНЕ) (рис.9.1) могут работать как с нулевым про­водом (показанным штриховой линией) так и без него. Обе схемы содержат по три пары встречно-параллельно соединенных тиристоров, включенных в цепь нагрузки. Включение тиристоров между сетью и нагрузкой (рис. 9.1, а) позволяет соединять сопро­тивления трехфазной нагрузки в звезду или в треугольник, а включение после нагрузки (рис. 9.1, б) обеспечивает шунтирование тиристоров при трехфазном коротком замыкании нагрузки, предотвращая прохождение через них больших токов.

Управление тиристорами ТРНЕ производится широкими импульсами с длительностью не менее 90°. Импульсы следуют друг за другом через 60° в порядке нумерации тири­сторов на схеме по перекрестному принципу и все одновременно регулируются по фазе на угол α.

На рис. 9.2 приведены два возможных варианта формирования одного из шести таких импульсов, предназначенного, в частности для управления тиристором VS1 (см.рис. 9.1). Для уменьшения мощности выходных каскадов системы управления (СУ) им­пульсы формируют с высокочастотным заполнением. В первом варианте построения СУ вместе с регулированием угла α смещаются и фронт, и срез импульса (рис.9.2, а), во втором варианте смещается только фронт (рис. 9.2, б).

Процессы формирования напряжения на нагрузке в обеих схемах (см. рис. 9.1, а,б) иден­тичны.

В схемах с нулевым проводом процессы формирования напряжения в каждой фазе нагрузки не зависят от работы соседних фаз. Мгновенные значения фазных на­пряжений для этого случая при R- и L-нагрузке представлены соответственно на рис.9.3, а, б.

Анализ регулировочных свойств ТРНЕ удобно производить в относительных единицах. Для этого производят расчеты степени регулирования по формуле:

,

где  U_2α – регулируемое напряжение нагрузки; U₁ – напряжение сети.

Угол управления для схемы с нулевым проводом регулируется от φ_н до 180°, а сте­пень регулирования (ε) действующих значений напряжений при R- и L-нагрузке опре­деляется по выражениям:

а) R-нагрузка    φ_н = 0°,   0°180°

;                                                    (9.1)

б) L-нагрузка   φ_н = 90°,  90°180°

.                                                  (9.2)

При R-нагрузке без нулевого провода следует различать три характерных интер­вала регулирования α:

1) первый ;

2) второй ;

3) третий  .

Для этих интер­валов мгновенные значения фазных напряжений на нагрузке имеют вид, представленный соответственно на рис. 9.4, а, рис. 9.4, б и рис. 9.4, в. На этих рисунках представлены также интервалы проводимости тиристоров VS1-VS6, пояс­няющие принцип действия ТРНЕ.

Для указных на рис. 9.4 интервалов степень регулирования напряжений при симмет­ричной R-нагрузке и при симметричном управлении определяется следующим образом:

,       0°60°;                                     (9.3)

,        60°90°;                             (9.4)

,   90°150°.                            (9.5)

При L-нагрузке угол α регулируется от φ_н  = 90° до φ_н  = 150° . При этом разли
чают два интервала:  α  и  α , на которых работает разное количество тиристоров (рис. 9.5).

Степень регулирования напряжения при симметричной L-нагрузке и симметрич­ном управлении определяется следующим образом:

,      90°120°;                                 (9.6)

,       120°150°.                            (9.7)

Выражения (9.3) и (9.4) при α = 60° имеют одно и то же значение:

,

а выраже­ния  (9.4) и (9.5) при  α = 90° – значение

.

Выражения  (9.6) и (9.7)  при  α = 120°  имеют также одно значение:

.

Зависимости ε = f(α) для трехфазных схем ТРНЕ без нулевого провода рассчитанные по формулам  (9.3) – (9.7)  и с нулевым проводом, рассчитанные по формулам  (9.1) и (9.2) приведены на рис. 9.6. На этих графиках выделены характерные точки, и штриховкой показаны области изменения ре­гулировочных характеристик ТРНЕ в зависимости  от φ_н.

С помощью аналитических соотношений покажем, что при работе тиристорных регуля­торов напряжения от сети с синусоидальным напряжением на активную нагрузку (φ_н = 0°) справедливо тождество:

.                                                          (9.8)

С учетом тождества (9.8) на графиках (рис. 9.6) при φ_н = 0 изображены также зависимости коэффициента мощности μ от угла управления α.

Коэффициент мощности ТРН равен:

,                                        (9.9)

где  ν – коэффициент искажения входного тока; I_m1(1)= ,  – амплитуда и фаза первой гармо­ники входного тока и его действующее значение;  A₁, В₁  – коэффициент ряда Фу­рье для первой гармоники.

После преобразования формулы (9.9) получим:

.

И с учетом, что

;

,

окончательно получим:

 .                                               (9.10)

Действующее значение выходного напряжения ТРН равно:

.

На основании уравнений  (9.9) и (9.10) справедливо тождество (9.8). Оно справедливо для лю­бых схем ТРН с естественной и искусственной коммутацией тиристоров при работе от синусоидальной сети на активную нагрузку.