(1)

де – кутова частота мережі живлення

t – біжучий час, що відраховується від моменту включення тиристора;

спад напруги на відкритому тиристорі.

Із (1) видно, що міняючи момент подачі сигналу керування Uk відносно позитивної фази на тиристорі, тобто фазу подавання імпульсу керування, можна міняти прикладену до навантаження напругу.

Ці міркування з врахуванням достатності керування не постійним сигналом, а імпульсом необхідної тривалості та потужності і лежать в основі назви – імпульсно-фазове управління.

Нехтуючи спадом напруги на відкритому тиристорі як малим в порівнянні з падінням напруги на навантаження записуємо вираз для середньої напруги на навантаженні:

Із (2) випливає, що регулювання середнього значення напруги від 0 до максимального необхідно щоб кут 2 мінявся від 0 до .

Таким чином, звідси можна сформулювати наступні вимоги до засобів керування. Генерація керуючих імпульсів для такої схеми повинна здійснюватись в діапазоні тривалістю 180, початковою точкою відліку якого є перехід анодної напруги через нуль t0. Очевидно, що для отримання точки відліку на кожному періоді мережі живлення необхідні пристрої синхронізації системи управління з мережею, яка живить перетворювач.

Виходячи із вищесказаного можна представити загальну структурну схему системи імпульсного фазового управління (СІФУ) для простого перетворювача, як на рис. 5.

Рис.2.2 Структурна схема однофазної СІФУ

ПС – пристрій синхронізації

ПФЗ – пристрій фазозміщення.

ПЗ – пристрій запуску

ПЖСІФУ – пристрій живлення СІФУ

СЧП – силова частина перетворювача

Але однотактні перетворювачі використовують рідко. Екологічно більш вигідне багатоактне перетворення енергії. В цьому випадку (Рис. 6) в системі повинно бути організовано m-каналів СІФУ.

В цих СІФУ фазу керуючого імпульсу відраховують від певної точки кривої напруги живлення. Такі системи називають синхронними, тобто керуючі імпульси для кожного каналу надають синхронно із періодом напруги живлення.

Синхронні СІФУ здійснюють такі перетворення:

Рис.2.3. Структурна схема багатофазової СІФУ

ПС – пристрій синхронізації

ПГР – пристрій гальванічної розв’язки

СЧП – силова частина перетворювача

де W0t – кут включення іншого тиристора, який відраховують від початку позитивної півхвилі напруги на першому тиристорі

кут синхронізації;

ni – номер тиристора силової схеми, що співпадає з номером каналу генерації керуючого імпульсу;

кут включення тиристора, відрахований від точки синхронізації для кожного каналу СІФУ. Цей кут ще називають кутом відкривання або кутом управління.

Необхідний кут включення в пристрої фазозміщення може бути реалізованим або найбільш розповсюдженим “вертикальним” способом, який широко застосовували на ранніх стадіях розвитку статичних перетворювачів струму.

Вертикальний спосіб управління полягає в тому, що зміну фази імпульсу управління забезпечують зміною напруги управління відносно деякої опорної напруги і генерація імпульсу управління відбувається при рівності опорної і керуючої напруг.

При горизонтальному способі управління зміщується синусоїдна напруга синхронізації Uc1 відносно анодної напруги на даної фази і за рахунок цього міняється момент генерації імпульсу керування КІ.

Для вертикального способу фазозміщення найбільш широко використовують два види опорних напруг: лінійну зміну в часі та синусоїдну.

3. Розробка принципової схеми

Виходячи із вищенаведеного аналізу і врахувавши умови завдання, вибираємо схему трьохфазного тиристорного перетворювача, принципову схему якого показано на рис. 7.

Рис.3.1. Схема тиристорного перетворювача для двигуна постійного струму.

Даний тиристорний перетворювач працює на двигун постійного струму потужністю 42 кВт і забезпечує регулювання швидкості обертання в діапазоні Д = 40 : 1. Оскільки схема живиться змінною напругою, то використовуємо трьохфазну схему випрямлення з нульовим виводом. Для цього вибираємо трансформатор із з’єднанням обмоток (зірка з нульовим виводом) і до нульового виводу під’єднуємо навантаження.

Для забезпечення заданого значення пульсацій струму навантаження послідовно із обмоткою якоря двигуна під’єднаний згладжуючий дросель.

Щоб забезпечити регулювання величини напруги на вході тиристорного перетворювача, необхідно змінювати кут відкривання силових тиристорів. В кожному випадку зміна кута відкривання здійснює схема імпульсно-фазового управління.

Після вибору схеми перетворювача проводимо електричний розрахунок його елементів.

4. Розрахунок силового кола

Напруга умовно холостого ходу тиристорного перетворювача визначається так:

де середнє значення випрямленої напруги на якорі електродвигуна;

спад напруги на активному опорі згладжую чого дроселя;

можлива зміна напруги на виході тиристорного перетворювача, викликана коливанням напруги в колі живлення змінного струму;

середнє значення падіння напруги на тиристорах.

При попередньому розрахунку доданків рівняння будемо керуватися наступними:

Максимальне середнє значення випрямленої напруги необхідно вибрати рівним номінальній напрузі електродвигуна

2. З метою збільшення жорсткості механічної характеристики електродвигуна при його роботі від тиристорного перетворення згладжуючий дросель повинен мати мінімальні втрати, а звідси і мінімальний активний опір. Для більшості систем

Приймаємо

3. Середнє значення падіння напруги на тиристорах:

де - напруга спрямлення ВАХ, знятої на постійному струмі;

- динамічний опір тиристора;

- номінальний струм електродвигуна.

можна визначити по таких формулах:

де

Тоді

Оскільки отримане значення порівняно мале, то в подальших розрахунках його можна не враховувати.

Напруга на вході перетворювача при умовному холостому ході і без врахування можливих коливань напруги живлення повинна бути

а з врахуванням цих коливань

З іншого боку, середнє значення випрямленої напруги рівне

де = діюче значення фазної напруги.

Ця напруга більша від максимально необхідної, тому зайву величину напруги компенсуємо введенням початкового кута регулюванням перетворювача.

5. Розробка схеми керування тиристором

Силова схема перетворювача виконана на тиристорах і працює при температурі від 0 до 50С. Тривалість керуючого імпульсу не більше tц = 20мкс. Для таких умов можна застосувати імпульсну схему, зібрану на одному транзисторі VT1 та імпульсному трансформаторі Т з захисним запобіжником F (схема приведена на листі графічної частини). Згідно довідкових даних Iус,=0,3А =3В при температурі 25С, а опір керуючого переходу тиристора

Тоді приведений опір генератора

де D – дисперсія відхилень номінальних значень опору резисторів у відносних одиницях;

- температурний коефіцієнт резистора;

t – робоча температура.

Для більшості сучасних резисторів звичайного виконання

D = 0,01; = 0,001С-1

Тоді

Вибираємо R2 = 10