Физические основы преобразовательной техники

Вентильные преобразователи постоянного тока служат для питания об-моток возбуждения и якорных цепей двигателей постоянного тока в том слу-чае, когда требуется иметь большой диапазон регулирования скорости и вы-сокое качество протекания переходных режимов электропривода.
Вентильные преобразователи по конфигурации силовой схемы разли-чаются на нулевые и мостовые, а по числу фаз источника питания – на одно-фазные и трехфазные. Однофазная мостовая и трехфазная нулевая схемы в силу неравномерной загрузки сети и увеличенной расчетной мощности трансформатора находят применение в электроприводах малой (до 10 кВт) мощности. В промышленных электроприводах средней (от 10 до 2000 кВт) и большой (более 2000 кВт) мощности применяется трехфазная мостовая схема и её разновидности /1, 2/. Выбор схемы преобразователя производится из условий обеспечения допустимых пульсаций в кривой выпрямленного напря-жения, ограничения числа и величины высших гармонических напряжения в сети переменного тока, наилучшего использования силового трансформатора.
В заданной трехфазной нулевой встречно-параллельной схеме исполь-зуется трехфазный трансформатор, вторичная обмотка которого включена по схеме "звезда с нулевым выводом". Вентили включают в цепь каждой фазы вторичной обмотки трансформатора, а нагрузку – между точкой, соединяю-щей катоды (или в зависимости от требуемой полярности аноды) вентилей, и нулевой точкой вторичной обмотки трансформатора.
Работа каждой фазы происходит поочередно. Ток проходит всегда через тот вентиль, анод которого в данный момент времени имеет наиболее высо-кий положительный потенциал. При изменении потенциалов анодов вентилей ток соответственно переходит с одного вентиля на другой. Если потенциал общей точки выпрямителя оказывается больше потенциала анода вентиля, то этот вентиль оказывается под напряжением обратной полярности, и он закры-вается. Таким образом, в данной схеме ток через каждый вентиль проходит не более чем в течение одной трети периода, в зависимости от угла управления.
Регулирование напряжения на выходе преобразователя обеспечивается изменением угла управления и соответственно времени нахождения вентиля в проводящем состоянии.
Вентильные преобразователи создают пульсирующее выпрямленное напряжение и пульсирующий ток двигателя, нарушающий нормальную ком-мутацию двигателя. Кроме того, пульсации напряжения вызывают дополни-тельные потери в двигателе, что приводит к необходимости завышения его мощности. Улучшение коммутации и уменьшение потерь в электродвигателе может быть достигнуто либо увеличением числа фаз выпрямителя, либо вве-дением сглаживающей индуктивности Lсгл.
В случае необходимости реверса электродвигателя применяется встреч-но-параллельное включение вентилей, как показано на рис.1. Реверсивные преобразователи в отличие от нереверсивных содержат, как правило, два не-реверсивных преобразователя. Для обеспечения требуемой полярности напряжения на двигателе работают либо нечётные VS1, VS3, VS5 вентили в случае положительную полярность, либо чётные  VS2, VS4, VS6 вентили, ес-ли нужна отрицательная.
Реверсивные вентильные преобразователи с двумя комплектами венти-лей могут работать в режимах раздельного и совместного управления. Раз-дельное управление применяют в случаях, когда по условиям работы привода допустима пауза в управлении им длительностью 5…10 мс, необходимая для выключения тиристоров выходящей из работы тиристорной группы. Это поз-воляет обойтись без уравнительных реакторов, необходимых для ограниче-ния уравнительных токов в режиме совместного управления, и уменьшить потери энергии в преобразователе, что особенно важно для мощных электро-приводов. Система раздельного управления тиристорными преобразователя-ми имеет отличные показатели при работе в номинальных режимах, но она крайне не надежна в режиме прерывистого тока, преодоление которого требу-ет построение довольно сложных систем управления. Такого недостатка ли-шены тиристорные преобразователи, работающие по принципу совместного управления вентильными группами.