12.3. Улучшение коэффициента мощности управляемых выпрямителей

С ростом угла управления α увеличивается реактивная мощность Q, потребляемая выпрямителем из сети, а его коэффициент мощности становится меньше, т. е. ухудшается. Это явление снижает технико-экономические характеристики электрической сети, питающей управляемые выпрямители. Поэтому на практике часто принимают меры по повышению коэффициента мощности управляемых выпрями­телей.

Простейшим способом повышения коэффициента мощности является установка источников реактивной мощности, например конденсаторов, на входе выпрямителя. Этот способ не эко­номичен, так как он связан с введением дополнительного дорогостоящего оборудования. Другим, сравнительно простым способом является использование в выпрямителе трансфор­матора с отпайками на различные напряжения. В этом случае вместо увеличения угла управления α при регулировании выходного напряжения переключают тиристорную схему на отпайку обмотки трансформатора с более низким напряжением. Такое переключение вызывает изменение выпрямленного напряжения, эквивалентное увеличению угла α. Поскольку пе­реключение с одного отвода на другой может осуществляться только дискретно, а не плавно, то данный способ обеспечивает только грубое регулирование выпрямленного напряжения.

Потребление реактивной мощности управляемым выпрями­телем из сети зависит от угла α. Если осуществлять регулирова­ние выходного напряжения за счет опережающего угла α, то выпрямитель будет работать в режиме с емкостной мощностью, т. е. генерируя реактивную мощность в сеть. Подобный режим возможен при такой коммутации тиристоров, когда ток с тиристора, заканчивающего свою работу, переходит на очередной тиристор до наступления момента естественной коммутации, т. е. до α=0. Коммутация тока в указанном режиме получила название искусственной или принудительной коммутации. В настоящее время существует много различных способов осуществления искусственной коммутации тиристоров.

Опережающий ток соответствует емкостному характеру реактивной мощности выпрямителя, которая определяется углом α. Основные расчетные соотношения для схем, работающих с опережающими углами α, сохраняются такими же, как и для схем, работающих в режиме с от­стающими углами α.

Использование искусственной коммутации в ряде случаев позволяет получить значительный экономический эффект при сравнительно небольшом усложнении выпрямителя в целом.

Искусственная коммутация позволяет значительно расши­рить область возможных режимов выпрямительных схем, обеспечивающую в общем случае возможность работы тиристорного преобразователя в четырех возможных квадрантах. Большую перспективу в этом отношении имеют схемы преобразователей, выполненные на основе запира­емых тиристоров (ЗТ) (рис. 12.4). При использовании ЗТ режим искусственной коммутации практически осуществляется вы­ключением соответствующих ЗТ подачей на них управляющих импульсов. Однако при этом необходимо учитывать, что сеть, питающая выпрямитель, содержит фазовые индуктивности (на рис. 12.4—L_a, L_b и L_с). Поэтому принудительное выключение ЗТ связано с необходимостью сброса энергии, накопленной в фазовых индуктивностях, в какие-либо накопители, обычно; конденсаторы (на рис.1 2.4—С_ab, С_bc и С_са).

Cдругой стороны, алгоритм управления ЗТ VS₁—VS₆ должен учитывать энергию, накопленную в реакторе L_d.

Рис. 12.4. Трёхфазный преобразователь на тиристорах

Например, для того чтобы обеспечить снижение фазных токов до нуляпри L_d=0, достаточно было бы просто выключить ЗТ (VS₁—VS₆). Однако при L_d0 такое выключение приведет к недопустимым перенапряжениям, обусловленным энергией, запасенной в L_d. Поэтому при L_d0 для обнуления значений фазных токов необходимо оставить в проводящем состоянии по меньшей мере два тиристора из одного плеча, например VS1 и VS2. Включенное состояние этих тиристоров обеспечит протекание тока I_d реактора L_d в контуре, замкнутом только на нагрузку R_н, минуя сеть питания.