Глава 6. Энергосберегающая энергетическая электроника

*_1>2=-8±V6²-v².

Для граничных условий

"сп*(^а_я) = "с„-₁*(0_ян); '„*«*„) = 0; („,(6_л) = 0,

где а„ — угол управления тиристоров в я-м полупериоде напряжения; Э_п__{, 9„ — углы выключения тиристора в (я - 1)-м и я-м полупериодах напряже­ния), получаем следующие соотношения, определяющие постоянные интег­рирования и угол выключения тиристоров в я-м полупериоде:

^А^*⁼ п—р;—тттп; ^{; (6}-⁶⁾

(^,-/c₂)exp(^a„)

А

[M(aJ ₊ u_c,,_„(e_n_,)]^ + iV(a„) ₍₆₇₎

2 л*

(к\ -^)exp(^a„)

k_lA_u^xp(k_]e„) + k₂A_2n,cxp(k₂Q,,)+ N(QJ = 0. (6.8)

Для определения значений А_ы„ А_2п. и 9_Л примем начальное значение на­пряжения на конденсаторной батарее и правила управления тиристорами ре­гулятора. Определив постоянные интегрирования и углы выключения тирис­торов на всех полупериодах напряжения во время переходного процесса, рассчитаем мгновенные значения напряжения на батарее и тока нагрузки. Да­лее установим напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях на­грузки, а также на тиристорном ключе.

Цифровая модель схемы (см. рис. 6.2), построенная с использованием при­веденных соотношений, позволяет исследовать режимы мягкого пуска, мягко­го останова и произвольного управления нагрузкой. Модель позволяет в уста­новившихся режимах работы при заданных углах управления тиристорами (a„ = const) проводить полный спектральный анализ токов и напряжений на элементах электроснабжения, а также расчет энергетических показателей в точках подключения синусоидального напряжения и нагрузки, при v = 0 мож­но проанализировать случай с некомпенсированной нагрузкой. На рис. 6.3 приведены временные диаграммы токов и напряжений для этого частного случая. Ток нагрузки в виде суммы свободной и вынужденной составляющих при работе как прямого, так и обратного тиристоров появляется с задержкой на угол управления по отношению к моменту перехода напряжения питающей сети через нулевое значение. Прекращение положительной и отрицательной полуволн тока за счет расхода запасенной в индуктивности нагрузки энергии магнитного поля происходит при угле выключения соответствующего тирис­тора, превышающем 180 эл. град. Величину угла выключения можно устанав­ливать по кривым рис. 6.4. Несинусоидальные ток и напряжение на нагрузке

6.2. Устройства без преобразования частоты

227

£4; Л

1,0 0,5 0 -0,5 Н

-1,0

£-1.5

				б
		Угол управления	-т	1 1 '
' 1 1 1		Угол выключения

120 180 240

Электрические градусы

Рис. 6.3. Временные диаграммы тока и напряжений СЭС при угле управления 90 эл. град, и уг­ле сдвига фаз нагрузки 60 эл. град.:

а — напряжение сети и ток нагрузки (1 — напряжение сети; 2 — ток нагрузки; 3, 4 — вынужден­ная (3) и свободная (4) составляющая тока); б — напряжение на регуляторе; в — напряжение на нагрузке

становятся синусоидальными лишь при уменьшении угла управления до угла сдвига фаз нагрузки, т. е. при полностью открытом регуляторе. При дальней­шем уменьшении угла управления (зона левее ограничительной линии на рис. 6.4) регулирующий эффект исчезает.

Регулировочные характеристики в виде зависимостей действующего значе­ния напряжения на нагрузке от угла управления и угла сдвига фаз (рис. 6.5) иллюстрируют возможность глубокого, плавного и практически безынерцион­ного управления электрическим режимом потребителя. Однако процесс регу­лирования сопровождается ухудшением коэффициента формы (рис. 6.6) и по­явлением нечетных высших гармоник как в напряжении (рис. 6.7, а), так и в токе нагрузки (рис. 6.7, б). Из-за наличия в нагрузке индуктивности уровень высших гармоник (1—13) в токе ниже, чем в напряжении. Несимметричное

228