При согласованном управлении отпирающие импульсы подаются одновременно на тиристоры обеих групп 1VS и 2VS. При этом один из комплектов (например, 1VS) работает в выпрямительном, а второй (2VS) – в инверторном режимах.
Рассмотрим работу реверсивного выпрямителя, питающего якорь машины постоянного тока, на примере схемы, изображенной на рис. 8.2. В дальнейшем для удобства при рассмотрении инверторного режима будем использовать не угол β, а угол запаздывания α > π/2. Углы управления тиристорами групп 1VS и 2VS обозначим соответственно α1 и α2. Перед пуском двигателя устанавливаются α1 = α2 = π/2. Для пуска двигателя необходимо уменьшить α1, и, тем самым, перевести 1VS в выпрямительный режим. Направление тока якоря (Iя) при работе машины в двигательном режиме показано (см. рис. 8.2) сплошными стрелками. Двигатель будет разгоняться до скорости, определяемой установленным углом α1.
В то же время угол α2 тиристорной группы 2VS должен возрастать, переводя ее в инверторный режим. Причем значение α2 должно быть таким, чтобы среднее напряжение на выходе группы 2VS было больше ЭДС двигателя. Это обусловливает запирание группы 2VS, и двигатель разгоняется. В установившемся режиме двигатель получает питание от 1VS, а группа 2VS имеет α > π/2 и подготовлена к работе в качестве инвертора.
Для получения тормозного режима с рекуперацией энергии в сеть необходимо увеличить угол α1. При этом напряжение на выходе 1VS снизится и станет меньше ЭДС двигателя, в результате чего группа тиристоров 1VS запирается, как видно из формулы (44) при Uг = Ud1V. В то же время угол α2 необходимо уменьшить (увеличить β) для того, чтобы снизить величину среднего напряжения Ud1V группы 2VS, работающей в инверторном режиме. ЭДС двигателя становится больше напряжения U21V и начинается рекуперативное торможение двигателя с отдачей энергии в сеть через преобразователь 2VS. Направление тока якоря (Iя) для данного случая показано (см. рис. 8.2) штриховой линией. Для получения инверторного режима в схеме отпадает необходимость переключения ЭДС двигателя, так как показанное соединение групп 1VS и 2VS уже обеспечивает необходимую для инвертирования полярность ЭДС двигателя.
В процессе снижения скорости угол α1 группы 1VS нужно увеличивать, так как в противном случае при уменьшении скорости ЭДС двигателя может оказаться ниже напряжения Ud1V, и двигатель начнет потреблять энергию от 1VS, переходя в двигательный режим. Для сохранения постоянства тока якоря и момента при торможении двигателя следует также непрерывно уменьшать угол α2 с тем, чтобы Eдв – Ud2V = const.
Если к валу двигателя приложено внешнее воздействие, приводящее к возрастанию скорости двигателя, рекуперативный режим в схеме рис. 8.2 обеспечивается так же, как в системе Г – Д, автоматически, при постоянном значении углов α1 и α2, без дополнительных переключений. В этом случае группа 1VS запирается, а 2VS работает в инверторном режиме.
Если после остановки двигателя не прекратить изменения углов α1 и α2 в указанных направлениях, произойдет изменение направления вращения. При этом α2 становится меньше π/2, и группа 2VS переводится в выпрямительный режим. Как следует из рисунка 8.2, полярность напряжения на двигателе изменяется.
При дальнейшем возрастании α1 величина его начинает превышать π/2, и группа 1VS подготавливается для работы в инверторном режиме. Изменение углов α1, α2 продолжается до достижения установившейся скорости. Торможение и реверсирование будут происходить с заданным темпом замедления скорости и последующим её увеличением с заданной интенсивностью. При этом торможение и реверсирование целесооб
разно производить с постоянным замедлением и постоянным ускорением, т.е. без рывков, обеспечивая комфортность для пассажиров и увеличивая срок службы промышленных машин и механизмов.
При работе с двумя комплектами тиристоров между работающими группами возможно появление уравнительного тока, величина которого зависит от соотношения между углами α и β. При равенстве средни
х значений напряжений групп Ud1V = Ud2V уравнительные токи возникают из-за различия их мгновенных значений. Индуктивности уравнительных реакторов L1, L2 (рис. 8.2) рассчитывают так, чтобы уравнительный ток был начально-непрерывным.
При неравенстве средних значений напряжений Ud1V и Ud2V между работающими группами возникает непрерывный уравнительный ток, который не ограничивается уравнительными реакторами. Чтобы избежать его появления, необходимо установить величину среднего напряжения инвертора равной или большей величины среднего значения напряжения выпрямителя, т.е. необходимо, чтобы α 
β. Кроме того, соотношение углов α1 и α2 (β) значительно влияет на вид внешних характеристик реверсивного преобразователя. Существует два способа согласования углов управления обоими комплектами тиристоров: линейное и нелинейное.
При линейном согласовании исходят из равенства нулю среднего значения напряжения на уравнительном реакторе Ud1V = Ud2V. Указанное условие при нулевом значении среднего тока нагрузки (Iяд = Iяи = 0) записывается так:
, (8.1)
где ε =ΔUв1/Edм – относительное падение напряжения на тиристоре.
При ε = 0 формула (8.1) превращается в линейную зависимость:
α1 + α2 = π (8.2)
где α2 = π – β.
Внешние характеристики при линейном согласовании (8.2) углов управления
групп 1VS и 2VS изображены на рис. 8.4, а.
Линейность характеристик объясняется тем, что уравнительные токи создают для преобразователя режим непрерывного тока при любых углах отпирания тиристоров независимо от параметров нагрузки. В то же время уравнительный ток не должен быть непрерывным (предельный случай – начально-непрерывный ток), так как он не может быть ограничен дросселями L1, L2 (см. рис. 8.2). При линейном согласовании регулировочные характеристики преобразователя являются также линейными.
Существенное снижение уравнительных токов достигается при нелинейном согласовании углов α1 и α2, при котором ЭДС инверторной группы больше ЭДС группы, работающей в выпрямительном режиме. В этом случае соотношение между углами управления описывается формулой:
. (8.3)
При нелинейном согласовании значительно уменьшается индуктивность уравнительных реакторов, а следовательно, их габариты и масса, но нарушается линейность скоростных (внешних) характеристик (рис. 8.4, б).
В переходных режимах из-за различного быстродействия системы управления выпрямителем и инвертором (при уменьшении и увеличении углов управления), а также из-за неполной управляемости тиристоров соотношения (8.2) и (8.3) нарушаются. Вследствие этого в реверсивном контуре возникает постоянная составляющая динамического уравнительного тока, которая может превышать его значение в статическом режиме в 15 – 20 раз. Предотвратить появление динамического тока, вызываемого различием в быстродействии систем управления, можно либо получив полностью идентичные динамические характеристики систем, либо применив автоматический регулятор уравнительного тока, корректирующего сигналы управления группами 1VS и 2VS так, чтобы поддерживать уравнительный ток на заданном уровне в установившемся и переходных режимах.
Достоинствами реверсивных преобразователей с совместным управлением являются:
1) непрерывность внешних характеристик;
2) отсутствие необходимости переключении в силовой цепи;
3) высокое быстродействие при переходе из выпрямительного в инверторный режим и обратно;
4) отсутствие зоны прерывистых токов.
Основным принципиальным недостатком совместного управления является необходимость использования уравнительных дросселей, имеющих большую массу и габариты. Для сокращения габаритов и массы реакторов иногда допускают увеличение уравнительного тока до 30 % от Iян, однако это приводит к значительной дополнительной нагрузке тиристоров и
снижает их перегрузочную способность. В связи с этим системы с совместным управлением целесообразно использовать для управления машинами малой и средней мощности, когда габариты уравнительных дросселей не очень велики, а применение более сложных схем с автоматическими регуляторами экономически не оправдано.
Радикальным способом полного устранения уравнительных токов и исключения из схемы уравнительных реакторов является применение метода раздельного управления выпрямительной и инверторной группами.
