В И.Преображенский
ПОЛУПРОВОДНИ КОВЫ Е
ВЫПРЯМИТЕЛИ

БИБЛИОТЕКА
ЭЛЕКТРОМОНТЕРА
Выпуск 450
В. И. ПРЕОБРАЖЕНСКИЙ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
, ВЫПРЯМИТЕЛИ
«ЭНЕРГИЯ*
МОСКВА 1976
6П2.1.081
П 72
УДК 621.314.632
Редакционная коллегия:
Большем Я. М„ Зевакин А. И., Каминский Е. А.,
Мандрыкин С. А., Розанов С. П., Рябцев Ю. И.,
Синьчугов Ф. И., Смирнов А. Д., Соколов Б. А.,
Семенов В. А., Устинов П. И.
Преображенский В. И.
П 72 Полупроводниковые выпрямители. М., 'Энергия',
1976.
120 с. с ил. (Б-ка электромонтера. Вып. 450.)
В книге излагаются способы преобразования переменного тока
в постоянный, приводятся краткие сведения по полупроводниковым
вентилям, рассматриваются основные схемы и особенности работы
однофазных я трехфазных выпрямителей на нагрузку различного харак-
тера, инвертирование тока, внешние характеристики и энергетические
показатели выпрямительных установок, системы управления выпрямите-
лями на тяристорах.
Книга рассчитана на мастеров и квалифицированных электромонтеров
промышленных предприятий.
П 051(001)-76 117~75	6П2.1.081
С) Издательство 'Энергия', 1976 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Силовая полупроводниковая техника за послед-
ние годы стала одной из важнейших отраслей
электротехники, во многом определяющей перспек-
тиву ее развития.
Выпускаемые отечественной промышленностью
полупроводниковые неуправляемые и управляемые
вентили позволяют создавать компактные, мало-
габаритные статические преобразователи тока, кото-
рые находят широкое применение в промышленности,
на железнодорожном и городском транспорте, само-
летах и т. д. Различные выпрямители используются
для возбуждения электрических машин, для питания
якорей двигателей в системах электропривода по-
стоянного тока, для питания электролизных .устано-
вок в химической промышленности и цветной
металлургии и для многих других потребителей
народного хозяйства нашей страны.
Бурное развитие и расширяющееся применение
полупроводниковых приборов требуют от электро-
технического персонала (мастеров, техников) спе-
циальных знаний по устройству, работе и правилам
эксплуатации преобразовательных установок раз-
личного назначения, выпускаемых отечественными
заводами.
В книге кратко изложены вопросы устройства
и принципы действия полупроводниковых диодов
и тиристоров, приведены основные сведения по
работе выпрямителей однофазного и трехфазного
тока, рассмотрен процесс инвертирования тока.
Это позволяет без других источников разобраться
в работе основных элементов схем преобразова-
телей и определять их параметры.
1*	3
Книга может быть использована для мастеров
и квалифицированных электромонтеров промыш-
ленных предприятий, обучающихся на курсах повы-
шения квалификации и занимающихся эксплуатацией
преобразовательных установок.
Автор выражает свою признательность рецен-
зенту, канд. техн, наук Я. Ю. Солодухо, сделав-
шему ряд замечаний по рукописи. при ее рецен-
зировании.
Автор
1 СПОСОБЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
В постоянный
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Из всех видов энергии наиболее широкое применение в
настоящее время имеет электрическая энергия, так как по
сравнению с другими видами энергии (механической, тепловой,
ядерной и др.) она обладает важными преимуществами: ее
можно передавать на большие расстояния и достаточно просто
распределять по потребителям, изменять параметры (значение
напряжения, число фаз и др.) и преобразовывать.
Преобладающая часть электрической энергии производится
на тепловых, гидравлических и атомных электростанциях вра-
щающимися электрическими машинами, которые генерируют
трехфазное переменное напряжение частотой 50 Гц. Трехфаз—
ный ток находит широчайшее применение на промышленных
предприятиях, в сельском хозяйстве и быту.
Однако в ряде важных, областей техники нельзя обойтись
без постоянного тока, основными потребителями которого
являются:
электролизные установки для получения алюминия, меди,
цинка и других технически чистых металлов;
установки электрохимического покрытия металлом поверх-
ности другого металла с целью повышения коррозионной стой-
кости, твердости и т. д. (например, никелирование и хромиро-
вание железа и др.);
устройства для зарядки аккумуляторных батарей;
двигатели постоянного тока на промышленных предприятиях
и в электрифицированном транспорте;
в линиях электропередачи на большие расстояния при высо-
ком напряжении.
В настоящее время все более широкое применение получает
переменный ток частотой 400-2 500 Гц для питания электро-
инструмента, высокоскоростных асинхронных двигателей элек—
трошпинделей шлифовальных станков и др. Применение повы—
5
шенной частоты позволяет значительно снизить массу электро-
магнитных устройств (трансформаторов, электродвигателей
и др.).
Указанные факторы обусловливают необходимость преобра-
зования переменного тока в постоянный, изменения частоты
тока, а порой приходится преобразовывать постоянный ток в
переменный (например, при рекуперативном торможении дви-
гателей постоянного тока).
ВРАЩАЮЩИЕСЯ И СТАТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
До недавнего времени в качестве преобразователей тока и
частоты применялись преимущественно двигатель —генераторы,
в которых постоянный ток или переменный ток повышенной
частоты получался с помощью генераторов, приводимых во
вращение трехфазными двигателями переменного тока (асин-
хронными или синхронными).
Конструктивно двигатель и генератор устанавливаются на
общей фундаментной плите, а валы их соединяются муфтой. При
работе агрегата двигатель преобразует электрическую энергию
в механическую, а генератор производит обратное преобра-
зование.
Электромашинное преобразование электрической энергии
имеет существенные недостатки: во-первых, двигатель—гене—
раторы имеют значительную массу и габариты, так как,каждая
из электрических машин выбирается на полную мощность на-
грузки; во-вторых, к. п. д. таких установок, определяемый
произведением к. п. д. двигателя и генератора, низкий;
в—третьих, вращающиеся преобразователи при работе создают
акустический шум.
В настоящее время постоянный ток получают, как правило,
путем непосредственного выпрямления переменного тока с
помощью электрических вентилей, которые осуществляют пере-
ключения в цепи выпрямителя. Такие преобразователи называ-
ются статическими и в отличие от вращающихся не имеют про-
межуточной ступени механической энергии.
Переход от двигатель—генераторов к вентильным преоб-
разователям позволяет заменять вращающиеся машины стати-
ческими аппаратами, повысить к. п. д. установки, устранить
шум и т. д.
Важной особенностью таких преобразователей является
наличие электрической связи между цепями переменного и
постоянного тока, а у двигатель-генераторов такой связи
6
нет. Потенциальная связь между нагрузкой и вторичными
обмотками трансформатора осуществляется через вентили,
образующие выпрямитель. Это обстоятельство является недо-
статком статических преобразователей.
ТИПЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕНТИЛЕЙ
Важным шагом в развитии силовой преобразовательной
техники явилось создание в 20—х годах ионных вентилей:
газотронов, тиратронов, экзитронов, игнитронов и др. На базе
этих вентилей в период 30-50-х годов были разработаны и
внедрены в эксплуатацию статические выпрямители, вытеснив-
шие вращающиеся преобразователи с выпрямленным напряже-
нием выше 600—800 В.
В 30—е годы появились первые полупроводниковые венти-
ли - селеновые диоды, которые стали применяться для получе-
ния постоянного тока в зарядных устройствах и электролити-
ческих установках.
Поворотным пунктом в развитии преобразовательной тех-
ники явилось создание в середине 50-х годов мощных неуп-
равляемых германиевых и кремниевых диодов и управляемых
кремниевых вентилей - тиристоров.
Силовые полупроводниковые вентили имеют ряд преиму-
ществ по сравнению с ионными вентилями: постоянная готов-
ность к работе; высокий к. п. д., широкий диапазон рабочих
температур (от -40 до +140 °C по сравнению с +20 + +50 °C
у ртутных вентилей); возможность эксплуатации в любом по-
ложении в пространстве и при больших инерционных нагрузках
и др.
Перечисленные факторы способствовали созданию силовых
полупроводниковых преобразователей и широкому их внедрению
в промышленности вместо вращающихся и ионных преобразова-
телей.
2. УСТРОЙСТВО И ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ВЕНТИЛЕЙ
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ диодов
Принцип действия полупроводниковых вентилей основан на
явлении односторонней проводимости границы раздела двух
полупроводников с различными типами электропроводности:
7
электронной (электропроводность п-типа) и дырочной (элек-
тропроводность р- типа). Область электропроводности п- типа
характеризуется тем, что прохождение тока здесь происходит
за счет переноса отрицательно заряженных электронов, избы-
точное количество которых создается путем ввода в монокрис-
талл полупроводника донорных примесей, например сурьмы,
мышьяка, фосфора. В области электропроводности p-типа про-
хождение тока обусловлено переносом положительно заряжен-
ных 'дырок” (дырка — это атом, у которого не хватает одного
электрона и который, следовательно, обладает положительным
зарядом, по абсолютной величине равным заряду электрона).
Дырки получаются путем введения в монокристалл полупровод-
ника акцепторных примесей, например индия, бора, алюминия.
Вместе с тем следует отметить, что вследствие теплового
разрыва связей между атомами в примесных полупроводниках
всегда наряду с основными носителями, концентрация которых
большая, существуют также неосновные носители: дырки в
полупроводниках л-типа и электроны в полупроводниках р-типа.
В полупроводниках без примесей число электронов всегда рав-
но числу дырок.
При непосредственном контактировании двух полупроводни-
ков, один из которых обладает электронной, а другой дырочной
электропроводностью, получается так называемый электронно-
дырочный переход ( р-п переход), основным свойством кото-
рого является зависимость величины его сопротивления от
полярности приложенного напряжения. Для присоединения к
внешней цепи у р-п областей полупроводника создают омиче-
ские контакты с выводами.
Рассмотрим на примере двухслойного кристалла кремния
процессы, происходящие в р-п переходе при воздействии на
него внешнего напряжения. Если к р-области приложить поло-
жительный потенциал, а к п- области — отрицательный, то ос-
новные носители тока будут двигаться в пограничном слое
навстречу друг другу (рис. 1,а). В результате сопротивление
р-п перехода уменьшается и через границу раздела проходит
прямой ток 1вр, ограниченный практически только сопротивле-
нием нагрузки 7?н . Внешнее напряжение (7пр такой полярности
называется прямым или проводящим.
При изменении полярности приложенного напряжения
(рис. 1,6) дырки в р- области и электроны в и-области полу-
проводника будут удаляться от границы раздела, что приводит
к увеличению сопротивления р-п перехода, а поток основных
носителей уменьшается до нуля. Через р-п переход проходит
8
незначительный ток, создаваемый неосновными носителями,
для которых приложенная разность потенциалов является уско-
ряющей. Внешнее напряжение такой полярности называется
обратным U0(,p или запирающим, а обусловленный им небольшой
ток - обратным током /ОбР •
Таким образом, значение и направление тока, проходящего
через р-п переход двухслойной полупроводниковой структуры,
зависят от значения и знака внешнего напряжения, т. е. р-п
переход обладает выпрямляющими (вентильными) свойствами.
Рис. 1. Прохождение тока через р-п переход полупроводникового диода,
д — открытое (проводящее) состояние; б — закрытое (непроводящее) состояние; в —
вольт-амперная характеристика.
Зависимость тока I , проходящего через р-п переход, от прило-
женного к нему напряжения U называется вольт-амперной
характеристикой перехода. Эта характеристика имеет две
ветви (рис. 1,в): одна расположена в первом квадранте и
соответствует проводящему направлению в р-п переходе
(прямому току в нем), вторая - в третьем квадранте и харак-
теризует запирающие свойства перехода.
НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЕНТИЛИ (ДИОДЫ)
Кремниевые вентили. В качестве исходного материала этих
Диодов применяют тонкие пластинки, вырезанные из монокрис-
талла кремния с электронным типом электропроводности, в
которых сплавлением с алюминием либо диффузией в кремний
атомов алюминия или бора создается слой с электропроводно-
стью р-типа.
Кремниевый диск с р-п переходом впаивается между мо-
либденовыми пластинками (рис. 2, а), обладающими примерно
таким же коэффициентом линейного расширения, как и кремний,
и хорошей теплопроводностью. Электрод, присоединяемый к
9
слою полупроводника с электропроводностью n-типа, является
катодом К, а электрод, присоединяемый к слою с электропро-
водностью р-типа — анодом А (рис. 2, а, б).
Полученная таким образом двухслойная монокристалличе—
-----------------------------------«——.Ж т-.огжхат'ииНЫЙ
помешается в неразборный герметичный
ская р-п структура
Рис. 2. Устройство (а), условное обозначение (б), статические вольт-
амперные характеристики (в) при различных температурах р-п пе-
рехода и конструкция (г) кремниевого диода.
металлостеклянный или керамический корпус, предохраняющий
ее от внешних воздействий (влаги, грязи, механических по-
вреждений).
Нижняя часть корпуса выполняется в виде шестигранной
гайки и заканчивается шпилькой с резьбой для ввинчивания
вентиля в охладитель (рис. 2,г). Такая конструкция корпуса
диода обеспечивает хороший отвод тепла от р-п перехода в
окружающую среду и служит в качестве наружного вывода
катода. Внешним выводом анода является гибкий медный
провод с наконечником, изолированный от корпуса изолятором.
Основные свойства полупроводникового вентиля наглядно
отражает его вольт-амперная характеристика, по которой
определяются номинальные данные вентиля, его нагрузочная
способность, возможность параллельного и последовательного
соединения их в схемах.
На рис. 2, в изображены вольт-амперные характеристики
кремниевого диода на номинальный ток 200 А. Прямая
ветвь содержит два характерных участка: на первом, совпа-
дающем с осью абсцисс, участке вентиль имеет сравнительно
большое сопротивление и с ростом прямого напряжения ток
растет незначительно; на втором участке при увеличении
(7np>t/o сопротивление вентиля резко уменьшается, а прямой
ток /пр возрастает до значений, определяемых сопротивлением
нагрузки.
На обратной ветви различают три характерных участка:
первый участок ОА (рис. 2, в) сравнительно невелик, вен-
тиль обладает еще малой проводимостью и через переход про-
ходит небольшой /обр, измеряемый миллиамперами; на втором
участке АБ при значительном увеличении обратного напряже-
ния ток /о6р достигает насыщения и незначительно возрастает;
третий участок БВ характерен тем, что при определенных
значениях обратного напряжения ток /о6р резко возрастает
и наступает пробой р-п перехода. Величина напряжения U„.
при котором обратная ветвь резко изгибается, называется
пробивным напряжением.
Для нормальной работы вентиля наибольшее допустимое
(номинальное) обратное напряжение Uot>P. н берут вдвое мень-
шим по сравнению с пробивным напряжением U„.
Кремниевые силовые вентили выпускаются на токи от 1О
До 1ООО А и обратные напряжения от 1ОО до 1500 В.
Германиевые вентили. Электронно-дырочный переход дан-
ных вентилей получается путем сплавления пластинки герма-
ния электропроводности п- типа с индием или диффузией атомов
другой акцепторной примеси в исходный кристалл. При вплав-
лении атомы индия диффундируют в германий, придавая приле-
гающей области кристалла дырочную электропроводность..
К каждому слою германия припаиваются металлические
контакты (рис. 3, а), к которым присоединяются внешние
выводы. Вентильный элемент помещается в герметичный
металлический корпус с изолятором для наружного вывода
анода, которым является слой германия с электропроводно-
стью р- типа. Катодом вентиля является основание корпуса,
имеющее шпильку с резьбой (рис. 3,г).
11
10
На рис. 3,в изображены вольт-амперные характеристики
германиевого вентиля на ток 10 А. Германиевые вентили по
сравнению с кремниевыми обладают меньшим прямым падением
напряжения, а также меньшими значениями допустимых обрат-
ных напряжений (500—600 В по сравнению с 700-1500 В
у кремниевых вентилей). Обратный ток этих вентилей на поря-
док больше, чем у кремниевых.
Рис. 3. Устройство (я), условное обозначение (б), статические вольт-амперные
характеристики (в) и конструкция (г) германиевого вентиля.
Селеновые вентили. Основу этих вентилей (рис. 4, а)
составляет алюминиевая или стальная пластинка 1 круглой или
квадратной формы с отверстием в центре, на которую наносит-
ся кристаллический селен 2, имеющий электропроводность
р- типа. Слой структуры с электропроводностью п- типа образу-
ется в селене при соприкосновении его с контактным слоем 4,
состоящим из сплава олова с кадмием. В вентилях А-типа
атомы кадмия диффундируют из сплава, наносимого в расплав-
ленном состоянии на поверхность селена, а в вентилях Т-типа —
кадмий диффундирует из тонкого слоя сплава, предварительно
нанесенного на стальную пластинку, на которую затем набрыз-
гивается расплавленный селен. На границе слоев селена с
разными типами электропроводности образуется р-п переход 3.
12
Отдельные селеновые элементы, собранные на изолирован-
ной металлической шпильке и соединенные между собой элек-
трически по определенной схеме, составляют выпрямительный
столбик (рис. 4, г).
Рис. 4. Структура (а), условное обозначение (б), статические
вольт-амперные характеристики (в) селеновых вентилей (А —
иа алюминиевой, Т — на стальной основе) и устройство вы-
прямительного столбика (г).
Вольт-амперные характеристики селеновых вентилей, сня-
тые на постоянном токе при различных температурах, приведе-
ны на рис. 4, в. Селеновые элементы допускают значительно
меньшие плотности прямого тока 50—60 мА/см^ и меньшие
значения обратного напряжения 40—50 В, чем германиевые и
кремниевые вентили, допускающие плотности прямого тока
40—80 А/см^ и значения обратного напряжения 400-1200 В.
Значение нормально допустимого прямого тока селеновых
вентилей зависит от размера элемента (табл. 1).
13
Т аблица 1
Параметр	Условное обозначение размеров элемента					
	75	90	1ОО	120	130	140
Размеры элемента, мм ....	75*75 1,2	90*90 1.5	100*100 2.0	100*200 4.0	100 x 300 6.0	100*400 8,0
Среднее значение тока, А .						
Для повышения значения (7обр. доп широко используется
последовательное соединение селеновых элементов в одном
выпрямительном столбике, при этом не требуется применения
делителей напряжения (уравнивающих сопротивлений), в кото-
рых нуждаются германиевые и кремниевые вентили /57.
Характерной особенностью селеновых вентилей является
большая перегрузочная способность (так как они имеют значи-
тельную тепловую инерцию) по сравнению с германиевыми и
кремниевыми вентилями, а также меньшая чувствительность к
кратковременным перенапряжениям. Это происходит потому,
что при случайных перенапряжениях место пробоя застекловы-
вается аморфным селеном и селеновый вентильный элемент
восстанавливает свои свойства.
Отмеченные свойства селеновых вентилей являются стиму-
лом к применению их в выпрямителях на низкие напряжения и
большие токи: зарядные устройства, гальванические и электро-
литические установки и др.
Вольт-амперные характеристики полупроводниковых венти-
лей зависят от температуры р-п перехода. С ростом темпера-
туры у всех типов диодов имеют место: снижение прямого
падения напряжения (см. рис. 2, в; 3,в и 4, в) при тех же пря-
мых токах; значительное увеличение обратного тока, сопро-
вождаемое некоторым увеличением пробивного напряжения у
кремниевых и селеновых диодов.
УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЕНТИЛИ-ТИРИСТОРЫ
Основным элементом управляемых вентилей или, как их
чаше называют, тиристоров является кремниевый диск с элек-
тронным типом электропроводности, в котором специальными
технологическими методами создается четырехслойная полу-
проводниковая структура, в которой чередуются слои с разны-
14
иди типами электропроводности (р-п-р-п).
получается монокристаллическая структура
ходами /71 ~ П2 - /73, включенными
(рис. 5, а).
Полупроводниковая структура тиристора
в обычный металлостеклянный или керамический корпус, осно-
вание которого имеет шпильку с резьбой и является внешним
В результате
с тремя р-п пе ре-
последовательно
монтируется: либо
Рис. 5. Управляемый кремниевый вентиль-тирнстор.
а — схема четырехслойной структуры; б — условное обозначение; в — устройство ти-
ристора (схематическое); г — схема конструкции таблеточного тнрнстора; 7 — корпус;
2 — полупроводниковая структура; 3 и 4 — верхнее и нижнее основания.
выводом анода, катодом - гибкий медный вывод с наконечни-
ком, управляющий электрод выводится в сторону катода
(см. рис. 6, в); либо помещается в металлокерамический таб-
леточный корпус круглой формы, который герметизируется
холодной сваркой (рис. 5, г).
Таблеточный корпус вентиля с помощью прижимного уст-
ройства соединяется с охладителями из алюминиевых сплавов,
обеспечивая электрические и термические контактные соеди-
нения структуры корпуса и охладителей, которые имеют раз-
витую поверхность. Токоотвод от анода и катода тиристора
осуществляется непосредственно с охладителей при помощи
медных шин, вывод от управляющего электрода расположен
сбоку.
15
При включении тиристора в электрическую цепь с регули-
руемым источником постоянного тока (рис. 6, а), полярность
которого можно изменять, связь между током, проходящим
через тиристор в прямом и обратном направлениях, и напряже-
нием между анодом и катодом отражает статическая вольт-
Рис. 6. Вольт-ампериые характеристики тиристора.
а — схема для снятия характеристик; б — статические вольт-амперные характеристики;
в — общий внд тиристора типа Т-160 без охладителя.
амперная характеристика (рис. 6,6). Если цепь управляющего
электрода тиристора не подключена к источнику 17 у, а напря-
жение между анодом и катодом не превышает допустимое зна-
чение (7пер » то независимо от полярности приложенного напря-
жения U нст между анодом и катодом ток практически не про-
ходит.
Действительно, если на анод тиристора подается отрица-
тельный потенциал, а на катод — положительный, то к среднему
переходу П2 (рис. 5, а) будет приложено прямое напряжение
16
У , а к переходам Щ и П3 , соединенным последовательно, -
обратное напряжение 17о6р . Тиристор оказывается запертым.
Через него и во внешней цепи проходит небольшой обратный
ток Л>бр » что соответствует обратной ветви вольт-амперной
характеристики тиристора, которая подобна ветви/ обр =/' (ДОбР)
силового кремниевого диода (см. рис. 2, в). Если же потенци-
алы на аноде и катоде тиристора подаются наоборот, то к пере-
ходу П2 будет приложено обратное напряжение, что и определя-
ет снова закрытое состояние управляемого вентиля.
Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое
может быть осуществлен двумя способами:
1) подачей на анод вентиля прямого напряжения, превыша-
ющего напряжение переключения (7Пер (рис. 6,6), при этом
резко уменьшается сопротивление прибора (тиристор открыва-
ется) и увеличивается ток, значение которого ограничивается
сопротивлением внешней цепи. Однако такое открывание по
аноду (напряжением Unep ) для тиристоров обычно не допу-
скается;
2) подачей на управляющий электрод положительного им—
ч пульса напряжения Uy при прямом напряжении на аноде вен—
, тиля. Под, действием Vу через переход П3 будет проходить
небольшой ток /у, нейтрализующий действие закрытого пере-
хода П2, и тиристор открывается при меньшем значении (7пер
1 В направлении от анода к катоду вентиля будет проходить
прямой ток 7пр, значение которого практически ограничивается
только сопротивлением внешней цепи R„, так как падение на-
пряжения в открытом тиристоре весьма мало и не превышает
0,5-1,2 В (рис. 6,6 - прямая ветвь).
Такой процесс отпирания тиристора происходит очень бы-
стро (не более 15-20 мкс). С ростом /у снижается напряже-
ние переключения Unep тиристора и'открытому состоянию при-
бора соответствует вольт-амперная характеристика обычного
неуправляемого вентиля. Если изменить полярность напряже-
ния, приложенного между анодом и катодом тиристора, то
ранее открытый переход П2 в течение 25-250 мкс (в зависи-
мости от мощности венч ih) восстанавливает свои запирающие
свойства и тиристор снова готов к работе.
При питании тиристора от источника постоянного тока его
запирающие свойства можно восстановить только путем раз-
рыва анодной цепи или с помощью специальных устройств
кратковременно создать на аноде отрицательное напряжение.
При питании от источника переменного напряжения тиристор
закрывается" во время отрицательной полуволны напряжения.
2	I	•' -я I	£7
I	1
i вмсж х. . --al
Для правильной эксплуатации тиристора не слепует попу-
скать, чтобы амплитуда анодного напряжения при отсутствии
управляющего сигнала превышала Unep . Обратное напряжение,
периодически прикладываемое к тиристору, не должно превы-
шать Uo6P. макс , так как в противном случае произойдет
необратимый пробой вентиля.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ВЕНТИЛЕЙ
В настоящее время промышленность выпускает в широком
ассортименте полупроводниковые вентили на средние и большие
токи, применение которых позволяет создавать экономичные,
малогабаритные и с высокой эксплуатационной надежностью
преобразователи переменного тока.
Селеновые вентили на алюминиевой основе А-типа
(старое обозначение АВС) и Г—типа (старое обозначение ТВС)
выпускаются в виде выпрямительных столбиков, собранных из
элементов квадратной формы по определенной схеме выпрям-
ления. На одной изолированной шпильке с помощью выводов и
перемычек могут быть получены как отдельные плечи выпря-
мителя, так и законченные выпрямительные схемы: со средней
точкой, трехфазный мост и др.
По величине допустимого обратного напряжения вентили
разделяются на следующие классы:
Класс вентиля............. В Г Д Е И К
Допустимая величина действующего
значения напряжения на один
элемент, В................ 20 25 30 35 40 45
Величина нормально допустимого тока зависит от активной
площади выпрямительного элемента и в среднем равна
25 мА/см^.
По величине прямого падения напряжения различают четыре
группы селеновых вентилей: к 1—й группе относятся вентили с
АСУ а. н 0,65 В, ко 2—й группе - с А (Л. н = 0,554-0,65 В,
к 3-й группе-с Д(7 а. н = 0,45 = 0,55 В и к 4-й группе
с Д ил. н 0,45 В-	>
Подробные сведения по техническим данным селеновых
выпрямителей приведены в /”27.
Германиевые вентили. Для использования в разнооб-
разных выпрямительных схемах небольшой мощности, работа-
ющих на низкой частоте 50-2000 Гц, выпускаются сплавные
18
Таблица 2
Параметр	Тип вентиля					
	ДЗО2	ДЗО2А	дзоз	ДЗОЗА	ДЗО4	ДЗО5
Максимальный прямой ток (среднее значение) при /<жр.	от +20 по -60° С, А		1	1	3	3	5	1О
Максимальное обратное рабо- чее напряжение (амплитуд- ное значение), В		200	200	150	150	1ОО	50
Прямое падение напряже- ния, В		0,30	0,30	0,35	0,35	0,30	0,35
Обратный ток (среднее зна- чение) при С^овр. цакс * мА	0,8	1,2	1,0	1,2	2,0	2,5
германиевые диоды серии ДЗОО, которая состоит из шести
типов вентилей (табл. 2).
Диоды оформлены в металлическом сварном герметизиро-
ванном корпусе, имеют винт и гайки для крепления на теплоот—
водящем шасси.
Выпускаются также мощные германиевые вентили типов
ВГВ-200, ВГВ-500 и ВГВ-1000 с водяным охлаждением на
токи 200-500-1000 А, которые характеризуются низким
прямым падением напряжения от 0,4 до 0,6 Ви малыми
обратными токами 20-30 мА при напряжениях на вентиле от
50 до 150 В. Вентили имеют малые габариты и высокийк. п. д.,
достигающий 98-99%.
Кремниевые неуправляемые вентили (диоды).
Промышленностью выпускаются силовые кремниевые вентили
серий ВК2 и ВЛ, каждая из которых состоит из нескольких ти-
пов вентилей с воздушным охлаждением (ВК2—10, ВК2—25,
ВК2-50, ВК2-200 и ВЛ-10, ВЛ-25, ВЛ-50, ВЛ-200,
ВЛ-320) и с водяным охлаждением (ВК2В-350, ВК2В-500
и ВЛВ—320, ВЛВ-500) с предельными токами в одном венти-
ле от 10 до 500 А.
Кремниевые силовые вентили нормально работают при
температуре окружающей среды от -50 до 140 °C (ВК2 и ВЛ)
и от +5 до +65 °C (ВК2В и ВЛВ); имеют относительно высо-
кое значение прямого падения напряжения от 0,6 до 0,8 В,
однако обратные напряжения, выдерживаемые этими диодами,
Достигают значений от 100 до 1500 В, а обратные токи при
этом равны 1-5 мА.
В соответствии с ГОСТ 10662-63 силовые кремниевые
вентили лепятся на шесть групп по величине прямого падения
напряжения при номинальном значении тока а. н от 0,4 до
1,0 В, а по величине допустимого амплитудного значения
обратного напряжения подразделяются на 14 классов от 50 до
1000 В.
Подробные сведения по техническим данным силовых крем-
ниевых вентилей, выпускаемых промышленностью, приведены
в /67.
К ре мниевые уп рав ляе мые вентили (тиристоры).
Электротехническая промышленность СССР производит боль-
шое количество различных типов тиристоров на предельный ток
от 10 до 1000 А и повторяющееся (номинальное) напряжение
100—1200 В. К числу наиболее распространенных относятся:
тиристоры серии Т, которая состоит из шести типов венти-
лей с воздушным охлаждением Т—10, Т-25, Т—50, Т—100,
Т—200, Т—300 и трех с водяным охлаждением Т2—400,
Т2-750, Т2-1000;
тиристоры с лавинной характеристикой серии ТЛ и ТЛВ на
ток 160, 250 и 320 А.
Выпускаются также специальные тиристоры: симметричные
серии ТС (ВКДУС), высокочастотные серии ТЧ, быстродейст-
вующие серии ТБ, таблеточной конструкции серии ТТ2 и
др. /6/.
Время включения тиристоров серий Т и ТЛ не превышает
20 мкс. Время выключения, необходимое для восстановления
управляющих свойств, составляет 25—70 мкс. Малое падение
напряжения 0,7-1,4 В при номинальном прямом токе и не-
большая мощность управления 1,25—2,5 Вт обеспечивают
высокий к. п. д. тиристоров (98—99%).
3. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ
ОДНОФАЗНОГО И ТРЕХФАЗНОГО ТОКА
В настоящее время разработано и применяется на практике
много схем выпрямителей однофазного и трехфазного тока.
Выбор той или иной схемы определяется свойствами применяе-
мых вентилей и условиями работы выпрямителя. Например,
в выпрямительных агрегатах для зарядки аккумуляторных ба-
тарей, где требуются небольшие значения выпрямленного на-
пряжения, наиболее приемлемыми оказались схемы однофазного
выпрямления с селеновыми вентилями. При выпрямлении
высоких напряжений до 1000-1500 В часто приходится
0 ибегать к последовательному соединению вентилей или
применять диоды на большие значения t/o6p. Следовательно,
применение в таком выпрямителе трехфазной схемы выпрямле-
ния на кремниевых диодах позволит затратить меньшее число
вентилей, получить более высокий к. п. д. и снизить габариты
выпрямителя.
Учитывая вышесказанное, рассмотрим работу основных
схем выпрямления однофазного и трехфазного тока, предпола-
гая вначале для простоты расчетов параметров и облегчения
понимания физической сущности процессов в элементах схем,
что выпрямитель работает на активную нагрузку и состоитхиз
идеальных вентилей и трансформатора, в которых можно пре-
небречь падениями напряжения, а также обратными токами
вентилей, индуктивностями и намагничивающим током транс-
форматора.
НАЗНАЧЕНИЕ И ЭЛЕМЕНТЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
Выпрямитель представляет собой устройство, предназна-
ченное для преобразования переменного тока в постоянный.
Основными элементами выпрямителя (рис. 7) обычно явля-
ются: силовой трансформатор /, служащий для согласования
входное Uc и выходного Ua напряжений выпрямителя, а также
для электрического разделения питающей сети и цепи нагрузки;
блок вентилей 2 осуществляет выпрямление переменного тока;
сглаживающий фильтр 3 служит для уменьшения пульсации
выпрямленного тока в цепи нагрузки 4. Если выпрямитель
управляемый, то в блок-схему входит еще узел 6, содержащий
систему управления вентилями. Для защиты выпрямителя от
Рис. 7. Структурная схема выпрямителя.
20
21
повреждений при аварийных режимах в его схему входит блок
защиты и сигнализации 5.
В некоторых случаях в схеме выпрямителя могут отсутст-
вовать отдельные элементы, например фильтр 3, при работе
выпрямителя на нагрузку индуктивного характера или силовой
трансформатор 1 в случае бес трансформаторного включения
выпрямителя.
ВЫПРЯМИТЕЛИ ОДНОФАЗНОГО ТОКА
Однополупериодная однофазная схема. В этой схеме
(рис. 8, а) трансформатор имеет одну вторичную обмотку,
напряжение «2 которой изменяется по синусоидальному закону
«2=^макс2 sin®/. , Ток в цепи нагрузки проходит только в
положительные полупериоды (рис. 8, в\когда точка а вторич-
ной обмотки, к которой присоединен анод вентиля имеет
Рис. 8. Однофазный выпрямитель.
а — однополупериодная схема; б — двухполупериодная схема; виг — диаграммы на
пряжений и токов на элементах схем выпрямления.
22
положительный потенциал относительно точки б. В отрицатель-
нее полупериоды (интервал времени <о/*_2 113 рис. В, в)
к вентилю В[ прикладывается обратное напряжение и он будет
закрыт.
Выпрямленное напряжение будет описываться положи-
тельными полуволнами напряжения «2 вторичной обмотки
трансформатора. Среднее за период значение напряжения на
дагРУзке называется выпрямленным напряжением^.
Ток в нагрузке Rd проходит в одном направлении, но имеет
пульсирующий характер и представляет собой выпрямленный
ток id-
Выпрямленные напряжения иа и ток 1а содержат постоян-
ную (полезную) составляющую Ud и Id и переменную состав-
ляющую (пульсации) Ua~ и	Качественная сторона
работы выпрямителя оценивается соотношениями между полез-
ной составляющей и пульсациями напряжения и тока.
Для однополупериодной схемы справедливы следующие
соотношения между .напряжениями, токами и мощностями в
отдельных элементах выпрямителя.
Среднее значение выпрямленного напряжения при идеаль-
ных вентилях и трансформаторе
(Jdo=O,45 U2.	(1)
Максимальное значение обратного напряжения, приклады-
ваемое к вентилю в непроводящую часть периода, определяется
через Udo'-
= /2 V,—3.14 UM.	(2)
где U2 — действующее значение напряжения вторичной об-
мотки трансформатора Тр.
Среднее значение тока, проходящего через вентиль и
Нагрузку,
^a = 4/ = l^dol Rd ’
Средняя мощность, отдаваемая в нагрузку, определя-
ется произведением напряжения Ud и тока Id , т. е. Pd =
* При дальнейшем изложении текущие моменты времени будем обо-
значать t, как это принято в схемах выпрямления.
23
Расчетная (типовая) мощность трансформатора, определя-
ющая его габариты, в 3,09 раза больше мощности в нагруз-
ке Rd
STP = 3,09 UdId.	(3)
Таким образом, расчетная мощность трансформатора,
работающего на выпрямитель, больше мощности в нагрузке,
так как во вторичной обмотке проходит несинусоидальный ток,
имеющий постоянную и переменные составляющие, а в первич-
ной обмотке, кроме тока основной частоты fi, токи высших
гармоник (см. § 4). По отношению к сети питания эти токи
являются реактивными и, не создавая полезной мощности, лишь
нагревают обмотки трансформатора выпрямителя.
Действующее значение тока вторичной обмотки трансфор-
матора определяется формулой
72=1,57 Id.	(4)
Из формулы (4) следует, что показания амперметра элек-
тромагнитной системы А2, включенного в цепь вторичной
обмотки трансформатора Тр (рис. 8, а), будут в 1,57 раза
превышать показания магнитоэлектрического амперметра Ad,
так как первый измеряет действующее значение тока, а вто-
рой - средний ток в цепи нагрузки.
Действующее значение напряжения вторичной обмотки
Ui = 2,22 Vd.	(5)
Действующее значение тока первичной обмотки с учетом
коэффициента трансформации kTp—Wi/w2
'='•51^4-	(6)
Недостатки этой схемы выпрямления следующие: плохое
использование трансформатора, большое обратное напряжение
на вентилях, большой коэффициент пульсации выпрямленного
напряжения.
Достоинства выпрямителя следующие: простота схемы и
питающего трансформатора; применяется только один вентиль
или одна группа последовательно соединенных вентилей.
Двухполупериодная однофазная схема. Схема состоит из
трансформатора, имеющего одну первичную и две последова-
24
тедьно соединенные вторичные обмотки с выводом общей
(нулевой) точки у этих обмоток (рис. 8, б). Коэффициент
трансформации krf определяется отношением t/i/t/2, гпе
____ напряжение одной вторичной обмотки (фазное на-
пряжение).
Свободные концы вторичных обмоток а и б присоединяются
к анодам вентилей В\ и В2, катоды которых соединяются
вместе. Нагрузка Rd включается между катодами вентилей,
которые являются положительным полюсом выпрямителя, и
нулевым выводом 0 трансформатора, который служит отрица-
тельным полюсом.
Вентили в этой схеме, как и вторичные обмотки трансфор-
матора, работают поочередно, пропуская в нагрузку ток при
положительных значениях анодных напряжений_ и2а и д2б
(рис. 8, г), в качестве которых обычно принимают направле-
ния, совпадающие с проводимостями вентилей.
Действительно, при изменении напряжения в точках о и б
по закону и2=б7макс2 sin a>t в тот полупериод, когда напря-
жение в обмотке 0 а положительно, ток проводит вентиль В1,
анод которого положителен по отношению к катоду, связанному
через сопротивление Rd с точкой 0 вторичных обмоток. Анод
вентиля В2, так же как вывод б обмотки Об, в этот полупериод
(to — ti) отрицателен по отношению к нулевому выводу 0 и,
следовательно, тока не пропускает.
В следующий полупериод (интервал времени ti — на
рис. 8, г), когда напряжения на первичной и вторичной обмот-
ках трансформатора изменяют свою полярность на обратную,
ток будет пропускать вентиль В2, а вентиль В\ оказывается
запертым отрицательным напряжением. Ток в нагрузкеRd все
время течет в одном направлении — от катодов вентилей к ну-
левой точке 0 вторичных обмоток трансформатора.
Для однофазной нулевой схемы справедливы следующие
соотношения между напряжениями, токами и мощностями
в отдельных элементах выпрямителя.
Среднее значение выпрямленного напряжения при идеаль-
ных вентилях и трансформаторе
Udo=O,9 U2.	(7)
Вентиль, не работающий в отрицательную часть периода,
сказывается под воздействием обратного напряжения, равного
двойному фазному, так как положительный потенциал вывода
° (6) вторичной обмотки трансформатора через проводящий
25
диод Bi (В2) подается к катоду диода В2 (Bi),a анод закрытого
вентиля имеет отрицательный потенциал.
Максимальное значение обратного напряжения будет равно:
t/обр. макс — 2	2 U2 — 3,14 U м .	(8)
Среднее значение выпрямленного тока в нагрузке
г ____________________Udo ___ Ut	ZQ\
d~ Rd ~ Rd	1 '
Среднее значение тока через каждый вентиль в 2 раза
меньше тока Id, проходящего через нагрузку, т. е. 1а = 0,6/4-
Действующее значение тока вентиля /,. действ равно дейст-
вующему значению тока вторичной обмотки трансформатора 12
и определяется формулой
/2 = 0,785 Id = 1,57 /а.	(Ю)
Действующее значение напряжения вторичной обмотки
U2= 1,11 Ud0.	(П)
Действующее значение тока первичной обмотки с учетом
коэффициента трансформации Атр будет равно:
Z1 = /2^_/2 = l,ll-J-/4.	(12)
«Тр	ктр
Расчетные мощности обмоток трансформатора определяют-
ся произведениями действующих значений тока и напряжения:
S2 = 2 /2 U2 =2-0,785 Id - 1,11 Ud0 = 1,74 Pd;
Si^h 1,11 ^/4-1,11 ATP ^0=1,23 Pd-
кТр
Расчетная (типовая) мощность трансформатора будет:
STp -	= 1,23 2 174 pd = 1.48 Pd .	(13)
Частота основной гармоники переменной составляющей
выпрямленного напряжения в данной схеме равна двойной ча-
стоте сети 2 fi. Коэффициент пульсации напряжения на выходе
выпрямителя равен:
2	2
» = ^-у=Т=0.67.	(14)
j
где т — число фаз выпрямителя, т. е. число полуволн выпрям—
Рис. 9. Однофазный мостовой выпрямитель.
о — схема; б и в — диаграммы напряжений и токов на элементах схемы.
ленного, напряжения, приходящееся на один период переменного
тока, питающего выпрямитель.
Однофазная мостовая схема состоит из трансформатора Тр
с Двумя обмотками и четырех вентилей Вь В2, В2 и В4, соеди-
ненных по схеме моста (рис. 9, а). К одной диагонали моста
'точки 1, 3) присоединяется вторичная обмотка, в другую
'Точки 2, 4) включается нагрузка Rd. Общая точка катодов
вентилей В\ и В2 является положительным полюсом выпрями-
теля, а отрицательным — точка связи анодов вентилей В2 и В4.
Вентили в этой схеме работают парами поочередно. В по-
ложительный полупериод напряжения U2 проводят ток вентили
1 и В3, а к вентилям В2 и В4 прикладывается обратное напря-
жение и они закрыты. В отрицательный полупериод напряжения
26
27
(72 будут проводить ток вентили В2 и ВА, а вентили Bt и В3
выдерживают обратное напряжение.
Ток id в нагрузке проходит все время в одном направле-
нии - от соединенных катодов вентилей В\ и В2 к анодам вен-
тилей В3 и Bt. Ток t2 во вторичной обмотке трансформатора
(рис. 9, б) меняет свое направление каждые полпериода и
будет синусоидальным. Постоянной составляющей тока во
вторичной обмотке нет. Следовательно, не будет подмагничи-
вания сердечника трансформатора постоянным магнитным
потоком. Ток в первичной обмотке трансформатора также
синусоидальный.
Средние значения выпрямленного напряжения Ud0 и тока /а
через вентиль в этой схеме получаются такими же, как и в
схеме с нулевой точкой.
' Обратное напряжение, приложенное к закрытым вентилям,
определяется напряжением U2 вторичной обмотки трансформа-
тора (рис. 9, б), так как не работающие в данный полупериод
вентили оказываются присоединенными ко вторичной обмотке
трансформатора через два других работающих вентиля, паде-
нием напряжения в которых можно пренебречь. Следовательно,
^обр. макс== 1/^2(72=1,57 Ud0.	(15)
Соотношения между другими величинами для однофазной
мостовой схемы приведены в табл. 3. Сравним достоинства
двухполупериодных однофазных схем выпрямления.
Однофазная нулевая схема:
1. Число вентилей в 2 раза меньше, чем в однофазной
мостовой.
2. Потери мощности в выпрямителе будут меньше,, так как
в нулевой схеме ток проходит через один вентиль, а в мосто-
вой — последовательно через два.
Однофазная мостовая схема:
1.	Обратное напряжение на вентилях в 2 раза меньше, чем
в нулевой схеме.
2.	Вдвое меньше напряжение (число витков) вторичной
обмотки при одинаковом значении Ud(l.
3.	Трансформатор имеет обычное исполнение, так как нет
вывода средней точки на вторичной обмотке.
4.	Расчетная мощность трансформатора на 25% меньше,
чем в нулевой схеме, следовательно, меньше расходуется меди
и железа, меньше будут размеры и масса.
5.	Данная схема выпрямителя может работать и без транс-
форматора, если напряжение сети t/1 подходит по величине для
28
Соотношения между токами и напряжениями в выпрямиХл^"	3								
Схемы выпрямления	Зависимост! В а от угла регулирова- ния в непре- рывном режиме	а?			f	Ч?	Лг	X h fi
Однофазная двух- полупериод на я (нулевая)	В л = Вм cos а	0,9	3,14	0,5	0,785 0,71	0,785 0,71	1,48 Г34	67
Однофазная мостовая	В а — Bit) cos а	0,9	1,57	0,5	0,785	1,11	1,23	67
					6, Vl	1,0	ТдТ	
Трехфазная нулевая	В а ~ ЦгоСОза	1,17	2,09	0,33	0,585 0,577	0,585 0,577	1,37 17з5	25
Трехфазная мостовая	f/d = 6'd0cosa	2,34	1,05	0,33	0,577	0,817	1,05	6
Трехфазная с уравнительным дросселем	Ud — (4о COS а	1.17	2,09	3,167	0,29	0,29	1,26	6
И	4 в ” И я ‘ 1' ^ля неуправляемых выпрямителей а •=(), соз а =» ( 2. Для всех схем принято £/, - фазное напряжение и х. = 0 L-a								
получения необходимого значения Ud0 и не требуется изоляция
цепи выпрямленного тока от сети.
При использовании в выпрямителе электронных или ионных
вентилей с подогревным катодом целесообразнее применять
однофазную нулевую схему, так как в этом случае требуется
меньшее число накальных трансформаторов или обмоток. При
использовании полупроводниковых вентилей очевидным стано-
вится применение однофазной мостовой схемы.
ВЫПРЯМИТЕЛИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА
Трехфазная схема выпрямления с нулевой точкой (или
тРвхфазная нулевая). К сети трехфазного тока подключен
трансформатор Тр, три первичные обмотки которого могут
29
быть соединены в звезду или треугольник, вторичные обмотки-
только в звезду (рис. 10, а). Свободные концы а, Ь, с каждой
из фаз вторичной обмотки присоединяются к анодам вентилей
В\, В2, В3. Катоды вентилей соединяются вместе и служат
положительным полюсом для цепи нагрузки Rd, а нулевая
точка 0 вторичной обмотки трансформатора — отрицательным
полюсом.
Из временной диаграммы на рис. 10,6 видно, что напря-
жения и2а, и2ь и и2с сдвинуты по фазе на 2 л/3 (град) и в те-
чение 1/3 периода (1/3 Т ) напряжение одной фазы выше
напряжения двух других фаз относительно нулевой точки транс-
форматора. Ток через вентиль 1а, связанную с ним вторичную
‘обмотку и нагрузку будет проходить в течение той трети
периода, когда напряжение в данной фазе больше, чем у двух
других. Работающий вентиль прекращает проводить ток тог-
да, когда потенциал его анода становится ниже общего потен-
циала катодов.
Переход тока от одного вентиля к другому (коммутация
тока) происходит в момент пересечения кривых фазных напря-
жений (точки а, б, в и г на рис. 10,6). Выпрямленный ток id
проходит через нагрузку Rd непрерывно (рис. 10, в).
Напряжение на выходе выпрямителя ud в любой момент
равно мгновенному значению напряжения той вторичной обмот-
ки, в которой вентиль открыт, и выпрямленное напряжение
представляет собой огибающую верхушек синусоид фазных
напряжений «2ф-
При изменении вторичного напряжения по закону и2—
=-UМакс 2 sin at ток каждой из фаз будет являться синусои-
дальной функцией
i2=-^=-^£Asjnt0L	(16)
Следовательно, анодный ток 4 будет иметь форму прямо-
угольника с основанием 2 л/3, ограниченного сверху отрезком
синусоиды. На рис. 10, г изображен ток фазы а, токи фаз b и С
изображаются подобными кривыми, сдвинутыми на 2 л/3 отно-
сительно друг друга.
'Для трехфазной нулевой схемы выпрямления характерны
следующие соотношения между напряжениями, токами и мош-
ностями в отдельных элементах выпрямителя.
Среднее значение выпрямленного напряжения при холостом
ходе (когда на выходе выпрямителя включен только вольтметр)
= 1,17 С/2ф.	(17)
30
Рис. 10. Трехфазный выпрямитель с нулевой
точкой.
— схема; б—г — диаграммы напряжений и токов на
элементах.
Выпрямленное напряжение содержит постоянную составля-
ющую Ud и наложенную на нее переменную составляющую ,
имеющую трехкратную частоту по отношению к частоте сети.
Коэффициент пульсаций напряжения на выходе выпрямителя
2	2
я- И =	= 0,25.	(18)
Обратное напряжение йо6р, приложенное к неработающему
вентилю, равно междуфазному напряжению вторичных обмоток
трансформатора, так как анод закрытого вентиля присоединен
к одной из фаз, а катод через работающий вентиль присоединен
к другой фазе вторичной обмотки Тр. На рис. 10, г показана
кривая обратного напряжения ио6р между анодом и катодом
вентиля Bi.
, Максимальное значение цобр равно амплитуде междуфазно-
го (линейного) напряжения вторичной обмотки Тр :
t'oep. макс = 1^3 V2	=2,09 Ud0-	(19)
Ток в нагрузке равен отношению выпрямленного напряжения
к сопротивлению нагрузки, т. е. id = udIRd- Среднее значение
выпрямленного тока в нагрузке
/=^=1,17^1-	(20)
На
Каждый вентиль в данной схеме работает один раз за пери-
од в течение 1/3 Т. Следовательно, среднее значение тока
через вентиль в 3 раза меньше тока нагрузки, т. е. /а = 1/3 Id
Действующее значение токов во вторичной обмотке /г и
вентиля / а. действ определяется формулой
12=1 а. действ =	/а = 0,585 Id •
(21
При одинаковом числе фаз первичной и вторичной обмоток
трансформатора Тр (пц — Шя) и одинаковых схемах соедине-
ния обмоток (звезда-звезда) действующее значение первич-
ного фазного тока Ц меньше приведенного значения тока h
так как в кривой тока первичной обмотки отсутствует постоян-
ная составляющая, которая не трансформируется, т.е.
4 = ^/ /|-/а2~^-0,47 4.	(22
«тр	«тр
Поочередное прохождение однонаправленных токов по
ричным обмоткам трансформатора, которые не полностью кок’'
деНСИРУются токами первичной обмотки, создает во всех трех
серДечниках поток Фо одного направления, значение которого
изменяется с тройной частотой в соответствии с пульсацией
анодного тока и который замыкается через воздух и кожух
трансформатора. Наличие потока однофазного или вынужден-
ного намагничивания Фо в сердечниках приводит к увеличению
намагничивающего тока трансформатора, а также к необходи-
мости увеличения сечения сердечника во избежание его ’насы-
щения.
Типовая мощность трансформатора при соединении вторич-
ных обмоток в звезду без учета повышения массы магнитной
системы, вызванного наличием потока Фо, равна:
S„ =	= 3'/'ф,1 + ЗС'*'д _ 1,35 Р„.	(23)
Трехфазная мостовая система. Выпрямитель в данной схе-
ме состоит из трансформатора, первичные и вторичные обмотки
которого соединяются в звезду или треугольник, и шести
вентилей, которые могут быть разбиты на две группы
(рис. 11,а):
1) катодную или нечетную (вентили В\, В3 и В5), в которой
электрически связаны катоды вентилей и общий вывод их
является положительным полюсом для внешней цепи, а аноды
присоединены к выводам вторичных обмоток трансформатора;
2) анодную или четную (вентили fi2, В 4 и Be ), в которой
.электрически связаны между собой аноды вентилей, а катоды
соединяются с анодами первой группы. Общая точка связи
Виодов является отрицательным полюсом для внешней цепи.
Катодная группа вентилей повторяет режим работы трех—
фазной нулевой схемы. В этой группе вентилей в течение
каждой трети периода работает вентиль с наиболее высоким
потенциалом анода (рис. 11, б). В анодной группе в данную
часть периода работает тот вентиль, у которого катод имеет
наиболее отрицательный потенциал по отношению к общей точке
анодов.
вентили катодной группы открываются в момент пересече-
ния положительных участков синусоид (точки а, б, в и г на
РИс' Ч»б), а вентили анодной группы — в момент пересечения
^Рйцательных участков синусоид (точки к, л, м и н ).Каж-
1ри И3 вентиле** работает в течение одной трети периода
При мгновенной коммутации тока в трехфазной мостовой
6 в любой момент времени проводят ток два вентиля—один
3
33
32
Рнс. и. Трехфазная
— соединение элементов;
мостовая схема выпрямителя.
б-е- диаграммы напряжений и токов.
0 течение рабочего интервала одновременно проходят токи
вторичных обмотках, расположенных на разных стержнях
В°гНитной системы (см. токи ia2 и ib2 на рис. 11, а), при
том через две первичные обмотки, расположенные на тех же
Этержнях, также проходят токи. Намагничивающие силы от
токов й и й ДД каждом из стержней в этом случае уравнове-
шлваются, и однонаправленный поток Фо не возникает.
Выпрямленное напряжение ud (рис. 11, в) в этой схеме
описывается верхней частью кривых междуфазных (линейных)
напряжений «2л (см. пунктирную кривую на рис. 11, в). Ча-
стота пульсаций кривой ud равна 6 f\, коэффициент пульсаций
напряжения на выходе выпрямителя равен:
(24)
по ПО1VMMV-yз анодной группы, при этом любой венти/в
одной группы работает поочередно с двумя вентилями друго)
группы, соединенными с разными фазами вторичной обмотк1
(рис. 11, г и д). Через каждую фазу трансформатора ток Ч
будет проходить в течение 2/3 периода: 1/3 периода - поло
жительный и 1/3 _ отрицательный. Ток id в нагрузке вс1
время проходит в одном направлении.
из катодной, другой из
Обратное напряжение на закрытом вентиле определяется
разностью потенциалов его катода и анода. Ординаты кривой
ДовР Для вентиля В! показаны на рис. 11,6 штриховкой, а на
рис. 11, е кривая «оСр изображена полностью.
Максимальное значение обратного напряжения на вентиле
в трехфазной мостовой схеме равно амплитуде линейного на-
пряжения вторичной обмотки трансформатора.
Выпрямленный ток id при работе на чисто активную нагруз-
ку полностью повторяет кривую ud (см. пунктирную кривую на
рис. 11, в).
Соотношения между напряжениями и токами в трехфазной
мостовой схеме приведены в табл. 3.
Трехфазный выпрямитель с уравнительным реактором.
Силовой трансформатор данной схемы имеет на каждом стерж-
не две одинаковые вторичные обмотки, которые соединяются в
Две звезды - прямую а — Ь — с и обратную х — у — z
(рис. 12, а).
К свободным началам вторичных обмоток одной звезды
присоединяются аноды нечетной группы вентилей В\ — В2 — В5,
к концам обмоток другой звезды - аноды вентилей четной
гРуппы В2— В^ — Be- Нагрузка Rd включается между средней
точкой 0 уравнительного реактора УР, связывающего нулевые
точки звезд 01 и 02, и обшей точкой катодов вентилей, которая
является положительным полюсом выпрямителя.
эту схему можно рассматривать как параллельное соеди-
е двух трехфазных выпрямителей с нулевой точкой, фазные
(наРЯЖеНИЯ питания которых и2а — «26 — и2с И «2Х — «2 у — U2z
н РИс, 12, б эти напряжения показаны соответственно
35
34
НИИ с замкнутым стальным сердечником намагничивающий
ток ^ур==4»крит составляет не более 1% номинального тока
наГрузки /dH. В любой момент времени через две вторичные
обмотки разных звезд проходят одновременно в противополож-
ных направлениях токи, что исключает явление вынужденного
намагничивания сердечника трансформатора, характерное для
трехфазной нулевой схемы выпрямления.
Кривая выпрямленного напряжения ud расположена посре-
дине между вторичными напряжениями отдельных систем и
изображена на рис. 12,6 утолщенной черной линией. Частота
пульсаций кривой иа равна 6 ft, коэффициент пульсаций напря-
жения на выходе выпрямителя q = 0,057. Среднее значение
выпрямленного напряжения (при работе схемы в режиме двой-
ной трехфазной звезды) равно:
^о=1.17 С/2ф.
(25)
сплошными и пунктирными линиями) сдвинуты по фазе относ»
тельно друг друга на 60°. Уравнительный реактор выравнива
ет мгновенные значения напряжений двух вторичных обмоток
Это происходит под действием уравнительного напряжения «
(на рис. 12, б показано заштрихованными криволинейным1
треугольниками), которое наводится в полуобмотках реактор
УР. По контуру: дроссель, фаза и работающий вентиль - про
ходит намагничивающий ток дросселя, имеющий тройную ч«
стоту по отношению к частоте сети (рис. 12, д). При выполни
Токи в вентилях имеют форму прямоугольников длительно-
стью 1/3 Т и высотой /d/2, ограниченных ^сверху кривой
линией. Среднее значение тока вентиля /а. ср = -g- Id. Соотно-
шения между другими величинами для данной схемы приведены
в табл. 3.
Двойная трехфазная схема с уравнительным реактором при
незначительном (критическом) токе нагрузки Лкрит начинает
работать как шестифазная схема с нулевым выводом, так как
уравнительный реактор в этом случае не создает добавочного
напряжения ик, а его полуобмотки играют роль анодной индук-
тивности. Напряжение холостого хода выпрямителя возрастает
по значения Uм= 1,35 172ф,так кач выпрямленное напряжение
формируется верхушками синусоид переменных напряжений
шириной 60°, и превосходит примерно на 15% напряжение UdQ
п₽и трехфазном режиме работы схемы.
Произведем сравнение достоинств трехфазных схем вы—
прямления при одинаковых значениях мощности Pd .напряжения
udi отсутствия параллельного и последовательного соединения
вентилей в плечах выпрямителей.
Трехфазная схема с нулевой точкой:
Схема простая. Число вентилей в 2 раза меньше, чем в
^овой или двойной трехфазной схемах.
пРох " ^еньше потери в вентилях, так как в данной схеме ток
ди» °ЦИт через один диод, а в мостовой последовательно через
ЙИода.
36
37
Трехфазная мостовая схема:
1.	Обратное напряжение, прикладываемое к вентилям, в
2 раза меньше, чем в схемах с нулем и уравнительным реак-
тором.
2.	Вдвое меньше напряжение (число витков) вторичной
обмотки, но сечение провода в раз больше.
3.	Нет вынужденного намагничивания сердечника. Нор-
мальное исполнение обмоток трансформатора.
4.	Габаритная мощность трансформатора на 30% меньше,
чем в схеме с нулем, и на 26% меньше, чем в схеме с уравни-
тельным реактором, ток первичной обмотки имеет форму сину-
соиды.
Трехфазная схема с уравнительным реактором:
1. Токи в фазах первичной обмотки трансформатора явля-
ются чисто переменными, нет подмагничивания сердечника.
2. Частота основной гармоники переменной составляющей
выпрямленного напряжения, как и в мостовой схеме, в 2 раза
выше и почти в 4,5 раза меньше, чем в нулевой схеме.
Преимущества трехфазной схемы с нулевой точкой прояв-
ляются в случае, если главным требованием является про-
стота выпрямителя или используются треханодные вентили
с общим катодом, например трехфазный ртутный вентиль типа
РМ-200.
При применении полупроводниковых вентилей преимущества
имеет мостовая схема, которая может работать непосредст-
венно от сети, если напряжение U\ подходит по величине для
получения нужного значения Ud и не требуется изоляция от
питающей сети цепи выпрямленного тока.
Выпрямитель с уравнительным реактором в связи с нали-
чием трансформатора с двумя вторичными обмотками и реак-
тора уступает мостовой схеме. Однако для выпрямителей на
низкое напряжение около 100 В и большой ток 500-1000 к
целесообразно применять схему с уравнительным реактором
так как нагрузочный ток в этой схеме проходит*параллель^
через два вентиля, а в трехфазной мостовой — последователь^
через два вентиля.
Это обстоятельство позволяет уменьшить число установ-
ленных вентилей и получить более высокий к. п. д. выпрямите^
(см. в 5) на значительный IdH, когда /а. расч > /,. ном , ив мо-
стовой схеме приходится применять параллельное соединен^1
вентилей.
38
УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
В большинстве практических случаев вентильные преобра-
зователи применяются не только для выпрямления переменного
тока в постоянный, но должны обеспечивать возможность
плавного регулирования среднего значения выпрямленного
напряжения Ud , например для регулирования частоты вращения
двигателей постоянного тока, при зарядке аккумуляторных
батарей и т. д.
При использовании в выпрямителях неуправляемых венти-
лей среднее значение выпрямленного напряжения Ud, как это
видно из выражений (7), (17) и табл. 3, пропорционально
напряжению £72ф. Поэтому регулирование Ud в этом случае
возможно только за счет изменения напряжения вторичной
обмотки трансформатора, что не всегда удобно.
Более широкие возможности для регулирования выпрям-
ленного напряжения дает применение в схемах выпрямления
управляемых вентилей — тиристоров, промышленное произ-
водство которых началось в 60-х годАх.
Принцип действия управляемого выпрямителя. На рис. 13, а
изображена однофазная нулевая схема управляемого выпрями-
теля, которая отличается от схемы на рис. 8, б тем, что неуп-
равляемые вентили Bt и В2 заменены тиристорами 7\ и Т2 .
Аноды тиристоров присоединены к выводам вторичной обмотки,
а управляющие электроды связаны с системой управления СУ ,
которая формирует синхронно с напряжением сети управляющие
импульсы напряжения Uyi и Uy2 и позволяет изменять их фазу
относительно фазных напряжений и2л и «2б источника питания.
При использовании в схеме неуправляемых вентилей вен-
тиль В] открылся бы в момент времени /о (рис. 13,б), кото-
рый является моментом естественного отпирания диода. Тири-
стор, как отмечалось в гл. 2, отпирается при наличии положи-
тельного напряжения на аноде и отпирающего импульса на
Управляющем электроде. Предположим, что на управляющий
ЭЛе>г— — --- —
 подан в
некото-
напря-
/1 напряжение на
так как оба тиристора Т} и Т2
____ПС» J11 раю
электрод тиристора Т\ отпирающий импульс Uyl будет
Момент t\, следовательно, этот вентиль откроется с i
Р°й задержкой по отношению к началу положительного
Жения и2л , в результате чего в интервале /о —
КагРузке Rd будет равно нулю,
эакрыТЬ1.
Угол задержки, отсчитываемый
°тпирания вентиля,
зевается углом управления и обозначается буквой а. В мо-
99
от момента естественного
выраженный в электрических градусах, на-
Рис. 13. Однофазный управляемый выпрямитель.
а — схема; б—г — диаграммы напряжений и токов в
элементах.
нТ отпирания тиристора напряжение ud на нагрузке Rd
каЧкоМ возрастает и далее изменяется по кривой фазного
пряжения и2а- В момент t2 напряжение и2а меняет знак,
TIipHCT0P запирается, в интервале t2—t2 оба вентиля будут
заКРь1ТЬ1 и ток в нагРУзке не проходит, а в момент /3 всту-
пает в работу тиристор Т2 и остается открытым до момента Ц.
Далее через интервал, равный углу а, вновь вступит в работу
тиристор Ti и т. д.
При работе
выпрямлеиного
напряжения ud
выпрямителя на активную нагрузку кривая
тока id полностью повторяет форму кривой
(рис. 13, б и в). На рис. 13, г построена
кривая обратного напряжения иобр на тиристоре Л для случая
работы схемы с углом регулирования а=60°. В интервале
f0_ti к тиристору Т\ приложено прямое напряжение ипр = и2а ,
в интервале h— t2 тиристор Т\ открыт и падение напряжения
на нем практически равно нулю. В момент 4. когда ток id
равен нулю, тиристор Т\ закрывается и к нему прикладывается
обратное напряжение, равное фазному —и2а> поскольку тири-
стор Т2 также закрыт. В момент /з—л + а открывается
тиристор Т2 и к тиристору Т\ прикладывается междуфазное
напряжение вторичной обмотки трансформатора, которое будет
действовать на нем до момента л, когда тиристор Т2
закроется. В дальнейшем процессы в схеме будут повторяться
через каждый период.
Очевидно, что если изменять угол а (сдвигать по фазе
управляющие импульсы (/у относительно напряжения на анодах
тиристоров), то будут изменяться время работы тиристоров и
соответственно величина выпрямленного напряжения, среднее
значение которого будет определяться выражением
(26)
U -п
ud— ud0 2
ГЦе — наибольшее значение выпрямленного напряжения при
полностью открытых (а=0) тиристорах и Т2 может быть
подсчитано по формуле (7).
При работе выпрямителя на активную нагрузку и регулиро-
Т^НИи выпрямленного напряжения от 0 до Ud0, как видно из
ц рмУлы (26), угол регулирования а необходимо изменять от
“•кс = 180° до ании =0- Действительно, если а=180°, то
°S^O=:~ 1 и ^=0; при а=0 cosO=l и U d= Ud(l =0,9 (7,ф.
ля Пед°вательно, рабочий режим неуправляемого выпрямите—
предельным, к которому приближается управляе-
вЫпрямитель при угле управления а=0.
41
В отличие от неуправляемого выпрямителя, вентили кот<\
рого выдерживают только обратное напряжение, вентили упраь,
ляемого преобразователя должны выдерживать как прямое, т^
и обратное напряжение. При активной нагрузке максимально^
значение обратного напряжения на закрытом в данный полупи
риод тиристоре при углах а<90° равно амплитуде напряже.
ния всей вторичной обмотки трансформатора и (как в неупраь.
ляемой схеме) определяется выражением (8).
Значение прямого выражения [/пр на закрытом тиристору
при а<90° зависит от угла регулирования следующие
образом:
t/np = /2 Lesina-	(27)
При a—90° значение Unp достигает максимума. Среднее
значение выпрямленного тока определяется как ld — Ud/ Rd
где Ud можно вычислить по формуле (26). При угле регулиро-
вания а=0 в нагрузке будет наибольший ток
Среднее значение тока через тиристор /а. ср =0,5 Id, дей-
ствующее значение тока тиристора Iа. действ и вторичной обмот-
ки трансформатора /г. а также тока его первичной обмотки /,
при а=0 определяются соответственно по формулам (10) i
(12).Количественные соотношения между другими величинам!
для однофазной нулевой схемы на управляемых вентилях при-
ведены в табл. 3.
Работа однофазной мостовой схемы на управляемых венти-
лях отличается от работы однофазной нулевой схемы выпрям-
ления на диодах тем, что управляющие импульсы должнь
подаваться одновременно на два тиристора, расположенных i
противоположных плечах выпрямительного моста.
Кривые выпрямленного напряжения ud и выпрямленной
тока id однофазной мостовой схемы на тиристорах аналогии®
соответствующим кривым для однофазной нулевой схемы й
диодах. Количественные соотношения для токов и напряжет
схемы приведены в табл. 3.
В трехфазной нулевой схеме с тиристорами (рис. 14, ®
управляющие импульсы подаются на них с некоторым смеше
нием во времени по отношению к моменту естественного отпй
рания диодов в неуправляемой схеме, которой соответствуе
точкам пересечения синусоид фазных напряжений (точки а,
виг на рис. 14,6).	.
Пусть, например, управляющие импульсы на тиристоры
Т2, Т3 подаются в моменты, соответствующие середине по^
42
Рис. 14. Трехфазный управляемый выпрями-
тель с нулевой точкой
с — схема; б—д — диаграммы напряжений и токов
в элементах.
жительных полуволн фазных напряжений (это соответствует
углу а=60°). В этом случае на нагрузке возникают импуль-
сы выпрямленного напряжения ud в форме четверти синусоиды
(рис. 14, в).
Изменение фазы (смещение) управляющих импульсов в
сторону увеличения или уменьшения угла управления « вызы-
вает соответствующее уменьшение (рис. 14,6) или увеличение
(рис. 14, г) импульсов напряжения ud. При угле а = 0 кривая
выпрямленного напряжения (рис. 14, д) будет иметь такую же
форму, как в-неуправляемом выпрямителе (рис. 10,6). Оче-
видно, что кривая тока id по своей форме будет повторять
кривую выпрямленного напряжения и^при работе выпрямителя
на активную нагрузку.
Из этих кривых видно, что имеются две характерные обла-
сти работы управляемого выпрямителя. Первая соответствует
изменению угла регулирования в пределах 0<а<30°, при
этом выпрямленный ток будет непрерывным и среднее значение
выпрямленного напряжения определяется выражением
t/d0cosa.
(28),
8
Е
Я
3
Рнс. 15. Трехфазная мостовая схема на управляемых вентилях,
соединение элементов; б—г — диаграммы напряжений и токов при различных углах
Каждый тиристор схемы в этом случае работает одну треть
периода. Вторая область соответствует углам а>30° и ха-
рактеризуется тем, что при прохождении фазных напряжений
через нуль (точки к, л, м, н на рис. 14, в) работающий
тиристор закрывается, а так как на очередной вступающий
в работу тиристор отпирающий импульс еще не подан, то в кри-
вой выпрямленного напряжения возникают паузы (нулевые
участки), в течение которых ток id= 0.
Длительность прохождения тока через вентиль в этом слу-
чае будет меньше 1/3 Т и среднее значение выпрямленного
напряжения рассчитывается по формуле
(29)
1^ =
Для трехфазной нулевой схемы при работе на активную
нагрузку предельным углом регулирования, при котором U =
=0, является угол ам1КС = 150°. Напряжение на вентиле опре-
деляется разностью потенциалов анода и обшей точки катодов,
потенциал которой изменяется по кривой напряжения tld. Мак-
симальное значение обратного напряжения на тиристоре, так
же как в схеме с неуправляемыми вентилями, равно амплитуд6
напряжения д2л /см. уравнение (19)7.
44
В трехфазной мостовой схеме с управляемыми вентилям^
(рис. 15, а), так же как и с неуправляемыми, одновременно
работают два тиристора: один из катодной (нечетной) группы,
другой из анодной (четной) группы, и нагрузка в любой момент
времени присоединяется к двум фазам вторичной обмотки
трансформатора. Отпирающие импульсы на тиристоры нечетной
группы подаются с опережением на 180° по отношению к ти-
ристорам четной группы, присоединенным к тем же выводам
вторичной обмотки, так как первые работают при положитель-
ных значениях фазных напряжений на анодах, вторые - при
отрицательных на катодах (см. рис. 34,6).
Работа рассматриваемой схемы выпрямления иллюстриру-
ется диаграммами мгновенных значений фазных напряжений на
тиристорах (рис. 15,6); кривыми выпрямленного напряжения
ud (рис. 15, в), которое получается путем суммирования
мгновенных значений напряжений работающих в данный момент
вентилей; кривыми анодных токов (рис. 15, г) катодной груп-
пы - над осью времени, анодной группы — под осью. Каждая из
диаграмм построена для трех значений углов регулирования:
а, = 30°, а2=60° и а3=90°.
При угле регулирования а=0 отпирающие импульсы на
тиристоры необходимо подавать в моменты, соответствующие
точкам пересечения кривых фазных напряжений (точки а, б,
в и к, л, м да рис. 11,6). В этом случае каждый из венти-
лей проводит хок в течение 1/3 периода, как в неуправляемой
схеме, а чередование пар работающих тиристоров происходит
через 60° (см. рис. 11, в).
Пока угол регулирования а<С 60°, кривые выпрямленного
напряжения, а следовательно, и кривые выпрямленного тока
(рис. 15, в и г) при активной нагрузке непрерывны. Для этого
режима (0<С а 60°) среднее значение выпрямленного на-
пряжения определяется выражением (28). Как видно из
рис. 15, г, через вступающий в работу тиристор ток может
проходить только при условии, если одновременно открывается
или уже открыт соответствующий (смежный по порядковому
номеру) тиристор другого плеча моста. В противном случав
цепь тока не будет замкнута и очередной вступающий в работу
тиристор не откроется.
При пуске выпрямителя с нуля (Ud= 0) или при переход6
его в режим прерывистых токов (а>60°) возможно наруше-
ние указанного выше условия. Поэтому на управляющие элек-
троды тиристоров в трехфазной мостовой схеме выпрямлений
необходимо подавать импульсы шириной больше 60° или дв®
, чтобы при ПС
так»
работу тиристор
Мялась бы подача
оа отстающей <]
импульса с интервалом между ними в 60° (рис. 15, б,
*3	аз=90°).
ИР»	с
схема управления выпрямителем должна быть построена
>даче отпирающего импульса на вступающий
одного плеча моста одновременно осущест—
импульса на управляющий электрод тири-
(>азы противоположного плеча моста. Напри—
мер« ПРИ Ра®оте выпрямителя с а=90° (рис. 15, б) для того
тобЫ открыть тиристор Т\ в момент Л. необходимо одновре—
рленн° подать отпирающий импульс и на тиристор 7"6, после чего
оба вентиля будут проводить ток до момента когда разность
(гновенных значений напряжений и2а и и2ь будет равна нулю и
тиристоры Ли Ге закроются. Затем в момент /3 должен
^ступить в работу тиристор Т2, который откроется только при
условии наличия повторного отпирающего импульса на тиристо-
ре Т\ или при условии, что на управляющий электрод этого
тиристора в момент Л будет подан импульс длительностью
больше 60°. Тиристоры Г2 и Л будут проводить ток до момен-
та Л, далее вступит в работу следующая пара тиристоров Т3 и
Т2 и т. д.
Среднее значение выпрямленного напряжения, когда ток id
прерывистый (а>60°), определяется выражением
=	+ COS (60 +а)].	(30)
Из формулы (30) следует, что при работе данной схемы на
активную нагрузку предельным углом регулирования, при кото-
ром Ua—0, является угол аиакс = 120°.
УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕНТИЛЕЙ И ТРАНСФОРМАТОРА
НА РАБОТУ ВЫПРЯМИТЕЛЯ
Вначале было сделано допущение, что в выпрямителях
используются идеальные вентили и трансформаторы. В дей-
ствительности вентили имеют некоторое сопротивление га
в прямом направлении, а обмотки трансформаторов обладают
активным сопротивлением Г\ и г2, поэтому при нагрузке вы-
прямителя током Id возникает падение напряжения в этих
сопротивлениях, и напряжение Ud на нагрузке будет меньше,
Чем напряжение Ud0 при холостом ходе выпрямителя:
Ud = Ud0-&Ua,
Д=/а(дга +/?т) —внутреннее падение напряжения
ВеВтилях /а пгг и омическое падение напряжения в обмотках
Реформатора /а /?т-
46
47
Внутреннее падение напряжения Д t/a = 1ъпгь в одно^
плене выпрямителя, содержащего п последовательно соединен
ных вентилей, практически не зависит от тока /а и принимает^
ся равным прямому падению напряжения Д L/,. н при токе /а н
т. е. Д ил = п, Д Ut. и •
Результирующее активное сопротивление первичной и вт<х
ричной обмоток трансформатора, приведенное к виткам вторич-
ной обмотки, Ом:
/?т=Г2 + па’2/и’1=б</Л?р •	(31)
Сопротивление определяется по данным опыта короткого
замыкания трансформатора:
где Л/-К. з — потери короткого замыкания, Вт; /1н — номиналь-
ный ток первичной обмотки, А.
Учет параметров вентилей и трансформатора производят
при расчете выпрямителей малой мощности, необходимое зна-
чение напряжения которых вычисляется по формуле
1/2ф = Йсх(^н + А^).	<32)
где UdH - заданное значение напряжения на выходе выпрямите-
ля при номинальном токе; ka — коэффициент схемы выпрямле-
ния, равный отношению l)2 ^/Udo 5 который определяется из
табл. 3.
4. РАБОТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ НА НАГРУЗКУ
РАЗЛИЧНОГО ХАРАКТЕРА
Выше была рассмотрена работа различных схем выпрямле-
ния с неуправляемыми и управляемыми вентилями на нагрузку
с чисто активным сопротивлением. Однако в практике наряду
с чисто активной нагрузкой для силовых выпрямителей часто
встречается смешанная активно-индуктивная нагрузка и на-
грузка н^ встречную э.д.с. Примерами таких нагрузок явля-
ются обмотки возбуждения электрических машин и втягивающие
катушки электроаппаратов, а также любые другие токоприем-
ники, питаемые от выпрямителя через фильтр, входным эле-
ментом которого служит индуктивная катушка. Случаям на'
грузки на встречную э.д.с. соответствует работа выпрями-
на якорь двигателя постоянного тока, а также при зарядке
- рыпрямителя аккумуляторных батарей или при питании
^ектролизных ванн.
Для питания этих потребителей необходимо выпрямленное
цаПряжение с малыми пульсациями при условии непрерывности
' прямленного тока.
РАБОТА выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку
По своему характеру работа выпрямителя на активно-ин-
дуктивную нагрузку (рис. 16,а) отличается от работы на
чисто активную нагрузку тем, что ток в цепи выпрямления,
возникнув в момент открывания вентиля, нарастает более
медленно. Это связано с наличием индуктивности в цепи
нагрузки, которая препятствует резкому увеличению тока id.
Когда напряжение вторичной обмотки трансформатора начнет
снижаться, ток в нагрузке будет некоторое время продолжать
расти и далее постепенно спадать за счет энергии, запасенной
в индуктивности (рис. 16,6).
Прохождение тока через вентиль будет происходить и в
течение некоторой части отрицательного полупериода за счет
положительной э. д. с. самоиндукции, возникающей в индуктив-
ности Ld при уменьшении тока нагрузки, которая компенсирует
отрицательное напряжение и омическое падение напряжения
А17» в цепи выпрямления.
Общая продолжительность Я, прохождения тока через вен-
тиль зависит от величины индуктивности Ld, с увеличением
которой возрастает длительность прохождения тока id, Сред-
нее значение напряжения (Jd на активно—индуктивной нагрузке
однополупериодного выпрямителя будет меньше, чем при
активной нагрузке, так как при со/>зт напряжение ud отрица-
тельно (рис. 16,в).
Пульсации тока ld в нагрузке не уменьшаются даже при
значительном увеличении индуктивности, так как ток всегда
Меняется от О до А. макс . Вследствие этого в однополупериод—
Их выпрямителях индуктивность не применяется в качестве
Ультра (см. гл. 5).
чие^₽И Двухполупериод ном выпрямлении (рис. 17, а) в отли-
сг °Т чисто ’активной нагрузки ток ld в цепи La,Rd будет
к *ен (рис. 17,6). Действительно, ток iai в вентиле Вi
Тйвн^1' попожительного полупериода под воздействием индук—
не спадет до нуля, а в момент t=n ток нагрузки
*одит к вентилю В2, так как потенциал анода В2 становится
4
48
49
Il;
me потенциала анода Bi
(СМ- Рис‘ 9,6). Указанный
переход тока происходит
1ГНОвенно, так как в анод-
iB>lX цепях вентилей В, и В2
веТ индуктивностей. В сле-
дующий полупериод, когда
аг* будет опять положитель-
н0 ток id снова переходит к
вентилю В, (рис. 17,в).
Ток нагрузки id пред-
ставляет собой пульсирую-
щий выпрямленный ток, ко-
торый кроме постоянной со-
ставляющей Id имеет и пере-
менную составляющую 1а~-
Величина пульсации тока id
тем меньше, чем больше
индуктивность Ld. Анодные
токи вентилей имеют форму
криволинейных прямоуголь-
Рис. 18. Работа управляемого одно-
фазного мостового выпрямителя на
активно-индуктнвную нагрузку.
ников длительностью л .
Напряжение ud на актив-
но-индуктивной нагрузке по-
вторяет по форме положи-
тельные полупериоды напря-
жения U2 вторичной обмотки
трансформатора.
Влияние индуктивности в
Цепи нагрузки сказывается
на величинах действующих
значений токов, проходящих
в вентилях и обмотках
*• действ,/2 и /ь а также на
типовой мощности трансформатора S тр. Количественные соот-
Нощения между токами и напряжениями в элементах преобра—
зователя, а также типовая мощность трансформатора для
д личных схем выпрямления с неуправляемыми вентилями при
приведены в табл. 3.
его Р°Цессы в схеме управляемого выпрямителя при работе
пРи ак™вно-индуктивную нагрузку отличаются от процессов
Мос РДботе схемы на активную нагрузку. Пусть однофазная
т°Вая схема (рис. 18, а) работает с идеально сглаженным
4*
51
током id(Ld~oo), тогда тиристоры Л и Тз. вступив в работу
в момент времени 6 (рис. 18,6), не закроются в момец-f
прохождения фазного напряжения д2 через нуль (момент /2 )
как это было при чисто активной нагрузке, а будут проводи^
ток при отрицательном напряжении вторичной обмотки
момента /3. когда вступит в работу следующая пара тиристо,
ров Т2 v. Т4.
В кривой выпрямленного напряжения ud в интервалах вре-
мени 0 — li, h — (3 и так далее появляются участки отрину
тельного напряжения, когда ток через тиристор и нагрузку
проходит под действием э. д. с. самоиндукции, возникающее
в индуктивности Ld. Среднее значение выпрямленного напря-
жения в этом случае может быть определено для всего диапа-
зона изменения угла а следующим образом:
U d— Ud0 cos а.	(33)
Выражение (33) справедливо для всех управляемых схем
при работе выпрямителя со сглаженным (непрерывным) током,
Предельным углом регулирования, при котором Ud — 0, в таки
случаях является угол а макс — 90 
Количественные соотношения между токами /а, /2, Ц и
для различных схем выпрямления в случае Ld = со не завися:
от величины угла а и определяются выражениями, приведен-
ными в табл. 3.
Ток через вентиль 1ц при непрерывном режиме будет имел
форму прямоугольных импульсов с амплитудой, равной /й
(рис. 18, в). Обратное напряжение иОбР на вентиле, как видно
из рис. 18, г, возрастает скачком.
РАБОТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ НА НАГРУЗКУ С ПРОТИВО-Э.Д.С.
Такой вид нагрузки встречается при питании от выпрямн-
телей аккумуляторов, электродвигателей, мощных конденсато-
ров и др. Особенность работы выпрямителя в этом случае
состоит в *том, что такого рода потребители имеют собствен
ную э.д.с.£а, которая направлена навстречу напряжению J
преобразователя.
На рис. 19, а представлена схема однофазного двухполу^
риодного выпрямителя, который нагружен на якорь двигате?-
постоянного тока с противо-э.д.с. £а. Рассмотрим рабо1*
схемы без индуктивности Ld (ключ К замкнут). Ток чере
вентили схемы может проходить лишь в те положительна
52
зСТЙ периодов, когда
дичина выпрямленного
^пряжения и“ буцет
боЯЬше £• • Например,
веНтйЛЬ откР°ется Б
мОмент ti и закроется в
моМент t2 (рис. 19,6),
рентиль В2 вступит в ра-
gpTy в следующий полу-
период и будет проводить
ток в интервале t3 — Ц.
Кривая выпрямленного
тока h имеет прерыви-
стый (импульсный) ха-
рактер, а значение его
определяется уравнением
= <34>
где сопротивление Rd . в
данном случае равно сум-
ме сопротивлений гД1 и/?т.
С ростом £а пульса-
ции тока it вырастают,
так как уменьшается
длительность А работы
вентилей (рис. 19, г), а
отношения /а. макс/4 И
4//» возрастают, Что
свидетельствует об ухуд-
Рис. 19. Работа неуправляемого выпрямите-
ля иа противо-э.д.с.
а — схема; б—г — кривые напряжений и токов
шении использования
вентилей по току и уве-
личении тепловых потерь
в обмотках трансформа-
тора Тр с ростом Ел.
Чтобы выпрямленный ток был непрерывным, необходимо
включать в цепь нагрузки индуктивность Ld (ключ К. на
Рис. 19>а разомкнут), которая соответствует неравенству
5 Rd, и среднее значение выпрямленного напряжения
<» Должно быть больше противо—э. д. с.£а.
При выполнении первого условия мгновенное и среднее
ЧеНия выпрямленного тока совпадают (Zd = Id), а пере-
нДая составляющая выпрямленного напряжения выделяется
виде падения напряжения на дросселе Ld. Если не выполнить
53
второго условия, то ток ia станет прерывистым даже пр^
большой индуктивности дросселя Ld, так как тиристоры будут
проводить ТОК ТОЛЬКО при U2>Ea.
При известных значениях выпрямленного тока 1а и напр5ь_
жения Vd параметры вентилей Л. ср, Л. действ , t7O6p. ма«с и транс-
форматора Л, Uz, 1\ и ST для различных схем выпрямителей
работающих на нагрузку с противо-э. д. с. при непрерывно^
токе, определяются такими же соотношениями, как и в ранее
разобранных случаях работы выпрямителей на активно—индук,
тивную нагрузку.
КОММУТАЦИЯ ТОКА В СИЛОВЫХ СХЕМАХ ВЫПРЯМЛЕНИЯ
При рассмотрении работы маломощных выпрямителей обыч-
но учитывают только активные сопротивления обмоток транс-
форматора, а индуктивными сопротивлениями, создаваемыми
потоками магнитного рассеяния, обычно пренебрегают. Такое
допущение давало возможность считать, что выпрямленный ток
переходит с одного вентиля на другой мгновенно. Этот процесс
переключения вентилей многофазного выпрямителя называется
коммутацией тока.
В мощных выпрямителях индуктивности рассеяния обмоток
трансформатора оказывают значительное влияние на работу
схемы, изменяя как величину, так и форму кривой выпрямлен-
ного напряжения, токов вентиля и обмоток трансформатора.
В то же время влиянием активных сопротивлений обмоток
трансформатора и падением напряжения в вентилях нередко
можно пренебречь.
В расчетах обычно пользуются индуктивностью рассеяния
La, приведенной ко вторичной обмотке трансформатора, значе-
ние которой определяется по индуктивному сопротивлению рас-
сеяния обмоток:
XT = wZa =
Ок % Г,н
100/1Н k2p
(35)
гдеик%- напряжение короткого замыкания трансформатора, О/0'
UiHt /1н— номинальные значения напряжения и тока фазы пер*
вичной обмотки; Атр = (У1н/[72н_ коэффициент трансформаи®1'
напряжений трансформатора.
Рассмотрим процесс коммутации на примере трехфазногс
управляемого выпрямителя (рис. 20,а). Приведенные инду®'
тивности LB обмоток трансформатора включены в анодные net®1
54
тиристоров 7\ — T3, а в
иеПй нагрузки имеется
значительная индуктив-
ность Ld, и выпрямлен-
ий ток можно считать
идеально сглаженным.
Наличие в фазах вто-
ричной обмотки индук-
тивности £а приводит к
тому, что переход тока/d
от одного вентиля к
другому происходит не
мгновенно, а в течение
некоторого промежутка
времени, который назы-
вается углом коммута-
ции и обозначается бук-
вой V-
Пусть в интервале
6 — 6 (рис. 20,6) ра-
ботает вентиль Г,. В мо-
мент 12 открывается
вентиль Т2, и начинается
процесс коммутации тока
с тиристора Tt на Л
(рис. 20, в), в течение
которого оба вентиля
будут открыты и прово-
дят ток в нагрузку одно-
временно. При этом к
напряжению фазы а будет
Добавляться наводимая
в индуктивности Ла1
а- Д. с. самоиндукции
Рис. 20. Работа трехфазиого выпрямите-
ля с учетом коммутации тока в вентилях.
а — схема; б и в — кривые напряжений и
токов.
eL, задерживая спад тока ial, а из напряжения фазы Ь вычи-
таться э.д.с. в£, препятствуя росту тока ta2. Поскольку при
La==zco ток Id все время постоянен по величине, то выпрям-
ленный ток id в момент коммутации остается неизменным
и будет равен сумме токов двух соседних вентилей: id — ld =
~~ lai + /а2 •
Такой процесс будет продолжаться до момента /3, когда
*•! уменьшится до нуля и тиристор Т] закроется, а ток
тНристоре Т2 возрастет до ia2= .
55
Результирующие напряжения фаз а и b за период коммута„
ции должны быть одинаковы, так как обе обмотки имеют общце
потенциалы в нулевой точке и у катодов вентилей (рис. 20, а)
и значение их определяется полусуммой мгновенных значений
фазовых напряжений. Это же напряжение прикладывается
к нагрузке. Следовательно, напряжение иа в период ком мута-
ции вентилей и Г2 равно полусумме фазных напряжений
«2а и игь, т.е.
Ua = 1 /2 («2а + «2й) •	(36)
и изменяется по кривой, показанной на рис. 20, б пунктирной
черной линией. Когда коммутация закончится, напряжение ud
скачком изменится до величины фазного напряжения той
обмотки трансформатора, к которой присоединен работающий
вентиль, и далее будет оставаться равным ему до начала оче-
редной коммутации на следующий вентиль. В результате кривая
выпрямленного напряжения, показанная жирной линией, будет
отличаться от ранее полученной кривой ud для идеализирован-
ного выпрямителя с мгновенной коммутацией (см. рис. 14, б)
наличием в интервалах коммутации участков с меньшим напря-
жением.
Очевидно, это приведет к некоторому снижению среднего
значения выпрямленного напряжения на величину, которая
называется индуктивным падением напряжения (на рис. 20,6
соответствует заштрихованным вольт-секундным площадкам)
и определяется следующим образом:
Д6/Ж==4^.	(37)
Из выражения (37) следует, что индуктивное падение
напряжения прямо пропорционально току нагрузки Id, индук -
тивному сопротивлению Хт обмоток трансформатора, числу фаз
m схемы выпрямления (числу коммутационных процессов за
период) и не зависит от угла регулирования а.
Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке
управляемого выпрямителя при токе ld определяется выра-
жением
Ud= Ud0COSa-Id?£?-.	(38)
Выражение для Ud неуправляемых выпрямителей с учетом
коммутации .могут быть получены из формулы (38), если
положить в ней а=0.
56
Таким образом, коммутация тока вентилей (перекрытие
э) уменьшает выпрямленное напряжение, увеличивает его
^дьсапию и время работы вентиля (фазы). Увеличение дли—
ьности работы фазы несколько уменьшает действующее
рачение тока фазы и вентиля, поэтому при расчете токов
3 элементах выпрямителя (например, /а, /2. h ) перекрытие
можно не учитывать и пользоваться соотношениями табл. 3.
ИНВЕРТИРОВАНИЕ ТОКА
Инвертированием называется процесс преобразования по-
стоянного тока в переменный, т. е. процесс, обратный выпрям-
лению тока. При выпрямлении тока электрическая энергия
передается из сети переменного тока к потребителю постоян-
ного тока, а при инвертировании поток энергии направлен от
источника постоянного тока в сеть переменного тока.
Инвертирование тока применяется для преобразования
энергии постоянного тока в энергию переменного тока в линиях
электропередачи постоянного тока, для рекуперативного тор-
можения двигателей постоянного тока, питаемых от выпрями-
телей, для преобразования частоты и в других случаях.
Выходным звеном инвертора, работающего на сеть пере-
менного тока, является трансформатор, параметры которого
(число витков и количество обмоток) определяют значение и
число фаз получаемого переменного напряжения (тока). Для
получения переменного тока в обмотках трансформатора,
подключенного к источнику постоянного тока, необходимо
обеспечить периодический переход тока из одной обмотки
в Другую. Это достигается путем прерывания постоянного тока
и распределения его по фазам трансформатора с помощью
Управляемых вентилей.
Изменение направления потока энергии требует изменения
знака мощности Pd = Ud Id, развиваемой выпрямителем, что
может быть достигнуто путем изменения направления тока 1а
ипи напряжения Ud. Но выпрямленный ток не может изменить
своего направления относительно зажимов выпрямителя вслед—
Ствие односторонней проводимости тиристоров, поэтому изме-
нение знака мощности можно осуществить только за счет
изменения знака среднего значения выпрямленного напряжения,
’1Т° Достигается в управляемом выпрямителе увеличением угла
Правления а > 90°.
Переход от выпрямительного режима к инверторному рас—
ОтРим на примере управляемого преобразователя, собран-
57
е) а
Рис. 21. Работа управляемого
преобразователя в выпрями-
ного по двухполупериодной схеме
в качестве нагрузки которого вющ^
чены: аккумуляторная батарея
э.д.с. Et, сопротивление Rd и каточ>
ный дроссель Ld — со . Влиянием аноцч
ных индуктивностей La обмоток транс.,
форматора пренебрегаем.
Пусть <ц <90°, переключатец.
Пр находится в верхнем положении
и среднее значение напряжен^
UdB = Ud0 cos а, >Еа- Преобразовав
тель работает выпрямителем на бата,
рею, э.д.с. Еа которой играет рощ
противодействующего напряжения
поэтому на рис. 21, б она показана
ниже оси абсцисс.
Выпрямление тока, т. е. передача
мощности от сети переменного тока
в звено постоянного тока,начинается
тогда, когда н2>0 и тиристоры
открываются при угле од = 60°, при
котором напряжение Uav превышает
противо-э.д.с. Еа. Если индуктив-
ность Ld = со, то ток id = Id про-
должает проходить по цепи и в после-
дующем интервале времени, кдгда
д2<0 за счет э.д.с. самоиндукции
eL, возникающей в индуктивности Е
(момент л —Е цпяТ\ и т. д.).
Аккумуляторная батарея будет
подзаряжаться выпрямленным током,
среднее значение которого определя-
ется выражением
Г и<ГВ ~	(391
Если постепенно увеличивать уГ°л
а>«|, то будут уменьшаться напр^
жение UdB и ток ld. При а2=^
среднее значение выпрямленного нв'
тельном и ^верторном ре - пряжения1Лш==0 (рис. 21, г) и пр*
С-схема; б-д - кривые иапря- образователь потребляет из сеТ*
жений при различных углах ц. ТОЛЬКО реаКТИВНуЮ МОЩНОСТЬ, "
58

постоянная составляющая выпрямленного тока будет равна
дуЛЮ-
Для перехода к инверторному режиму необходимо изменить
^парность напряжения Е а аккумуляторной батареи (переклю—
чатель Пр на рис. 21, а перебрасывается в нижнее положение)
и одновременно увеличить угол управления а до значений,
превышающих 90°. При этом тиристоры 7\ и Т2 открываются и
проводят ток в основном при отрицательных напряжениях U21 и
Uji (рис. 21,г) под воздействием положительного напряжения
£ подаваемого от батареи через нагрузку Ran вторичные
обмотки трансформатора на аноды тиристоров.
При а3 >90° среднее напряжение преобразователя стано-
вится отрицательным Uan= Ud0 cosa3<0, если оно будет
меньше э. д. с. £,, то через нагрузку будет проходить ток
прежнего направления, среднее значение которого определя-
ется выражением
/ии = -\^И.	(40)
Аккумуляторная батарея работает генератором на сеть
переменного тока, а напряжение преобразователя играет роль
встречной э.д.с.
Среднее значение отрицательного напряжения Паи будет
тем больше, чем больше величина утла а приближается к 180°.
В инверторном режиме угол управления тиристорного преобра-
зователя (ТП) обычно называют углом опережения уп-
равления, отсчитывают его от момента естественного за-
крывания вентиля (<>)/=л) и обозначают буквой р (рис. 21, г).
Сумма углов аир равна л (180°), тогда § = л — а и
Среднее напряжение инвертора при угле опережения р:
Udu(Ud?) = Udocos (" —Р)= —Иао cosp,	(41)
Где^г/о— напряжение инвертора при р = 0, равное напряжению
Спрямите ля при а=0.
Необходимо отметить, если в выпрямительном режиме воз—
Мо*На работа ТП с углами aMHI1==U, то в инверторном режиме
^Г°л Риин всегда должен быть больше 0°. Это связано с тем,
Чт° тиристору после отключения Необходимо, предоставить
° Ределенное время для восстановления запирающих свойств.
Течение этого отрезка времени б, которое составляет не
59
более 1/100 длительности периода при 6»(2-н4°), анодн0е
напряжение тиристора должно быть отрицательным.
Обратное напряжение на закрытом тиристоре, как бып0
показано при рассмотрении схем выпрямления в § 3, равно раЭч
ности напряжений двух соседних фаз. По кривым рис. 21, в -
можно установить, что с увеличением угла а > 90v напр5ь_
жение на выключающемся тиристоре уменьшается. Так, ддя
тиристора 1\ напряжение (7а_к, равное разности ординат
напряжений u2i — U22, после закрытия Т\ в момент
при работе преобразователя с углом «2=90° равно отри.,
дательной ординате —иба, с углом аз= 120° равно ординате
-- Ur П.
**г в •
При угле управления а=180с (или р =0) это напряже-
ние становится равным нулю и далее положительным, что
является недопустимым. Если закрывающийся тиристор за
время рмин не восстановит свои управляющие свойства, тс в
момент (о/=л он вступит в работу повторно и будет пропу-
скать ток под воздействием суммы напряжений u2i и Еа  Это
явление приводит к короткому замыканию схемы или, как
говорят, к опрокидыванию (прорыву) инвертора, так как
одновременно будут работать оба тиристора 1\ и Т2.
Если в анодных цепях тиристоров имеются индуктивности
Lt, то необходимо учитывать процесс коммутации тока
(рис. 21, д). В этом случае величина угла опережения £ долж-
на превосходить угол коммутации у на величину угла 6 не
меньшего, чем это необходимо для полного восстановления
запертого состояния тиристора. Следовательно, для нормаль-
ной работы тиристорного преобразователя в инверторном
режиме требуется соблюдать условие
? МИН -5^ V ~Ь 6-
Переход от режима выпрямления к режиму инвертирования
можно обеспечить также путем изменения направления тока Л
при сохранении неизменным полярности напряжения Vd и
э.д.с. Еа. Для этого преобразователь (рис. 22,а) должен
иметь вторую группу тиристоров 7\— Те, включенных таким
образом, чтобы направление тока в них было противоположным
направлению тока в тиристорах Г] — Т3 первой группы.
Вентили каждой группы включены по трехфазной нулевой
схеме, а между собой группы соединены встречно—параллельно
(встречно по отношению друг к другу, параллельно к нагрузке)-
Нагрузка в виде якоря двигателя постоянного тока подключа-
ется через дроссель Ld, обеспечивающий режим непрерывного
60
Рис. 22. Трехфазиый реверсивный преобразователь.
° “"Схема; б—д — кривые напряжений при выпрямлении и инвертировании тока.
тока, между общей точкой уравнительных дросселей/УД и	'
и нулевой точкой 0 трансформатора ТС.
Тиристоры Т\ — Тг—Т$, составляющие катодную группу
работают выпрямителем в области положительных напряжений
на анодах (или вторичных обмоток трансформатора), а тиря
сторы Т4—Т$—Т^, образующие анодную группу, — при отрц„
нательных напряжениях на катодах.
Для получения определенной полярности и значения напря„
жения на нагрузке одна из групп вентилей переводится в вьи
прямительный режим (работает при а< 90°), одновременно
с этим вторая группа должна быть переведена в инверторный
режим (устанавливается угол 0> 90°). В любом режиме
работы двигателя, за исключением состояния покоя, углу
управления а и 0 обеих групп изменяются таким образом,
чтобы среднее напряжение инвертора U dit было больше, чем
среднее напряжение выпрямителя U ав на значение двойного
падения напряжения в вентилях, т. е.
Udn = Ud&— 2 ДС/а.	(42)
1
Если это равенство будет нарушено, то в замкнутом кон-
туре, образованном двумя группами тиристоров (Tt — Т2— Т2 и
Т4— Т$ — Те) и вторичными обмотками трансформатора ТС,
минуя цепь нагрузки, будет проходить ток, называемый обычно
уравнительным током, среднее значение которого определя-
ется:
t/dB-2
УУР	J#	•
где S/?	- сумма сопротивлений обмоток трансформатора,
соединительных шин и вентилей.
Так как Х/< мало, то даже незначительное превышение
UdB над Udi\ +2 Д(7а приведет к большому статическому
уравнительному току, который бесполезно загружает транс-
форматор и вентили, создает дополнительные потери Б
них и может вызвать аварийное отключение установки ап-
паратурой токовой зашить!.
В переходных режимах (при пуске, торможении или реверсе
двигателя) и при соблюдении условия (42) в отдельны6
моменты времени мгновенное значение напряжения выпрями-
теля может быть больше, чем напряжение инвертора. Вслед-
ствие этого возникает динамический (прерывистый) уравни-
62
ток' для ограничения которого применяются уравни—
дроссели 1УД и 2УД, включаемые последовательно
*®дой из групп тиристоров (рис. 22, а).
С рассмотрим работу такой реверсивной системы с двумя
руппами вентилей.
ць1прямленное напряжение преобразователя будет равно
др и двигатель не вращается, если отпирающие импульсы
рдаются на группы тиристоров со сдвигом на 90° по отноше-
к моменту естественного открывания (точки а, б, в для
— — Т3 и к, л, м для Т4— Т5—Т6 на рис. 22,6).
Пусть, например, группа тиристоров Tt—Т3 работает
в выпрямительном режиме с углом си =60°. Этому соответ-
ствует кривая напряжения ud, изображенная на рис. 22, в.
рудем считать, что при этом преобразователь имеет напряже-
ние UdBi . а двигатель правое вращение и противо-э. д. с. £а.
В режиме непрерывного тока (при большой индуктивности
дросселяLd) в цепи: обмотки трансформатора ТС—тиристоры
Л(Тг. Тз) — дроссель 1 УД - якорь двигателя Д- дроссель Ld —
нулевая точка 0 трансформатора ТС будет проходить ток,
среднее значение которого определяется выражением
г CdBl — £а
/dBl =----Rd----’
Предположим, что двигатель необходимо затормозить и
сообщить ему левое вращение. Для этого следует угол управ-
ления U] первой группы увеличить до 90°, а аг второй - изме-
нить с 90° до 115°. Тиристоры Т\ — Т3 закроются (при
ai==90°, Udl = 0), а тиристоры Т4—Т6 будут открыты
и проводят ток при положительных значениях переменных на-
пряжений на катодах. Напряжение на зажимах преобразователя
будет иметь прежний знак, но значение его Сайг будет не-
сколько меньше э. д. с. двигателя (рис. 22, г).
В цепи Д—ТДТ3, Tg)—ТС будет проходить ток под
Действием положительной по отношению к анодам тиристоров
Т5—Те э. д. с. . Значение этого тока определяется
поражением
/<m2 =----rT~ =---------rT~‘
Преобразователь будет работать инвертором, преобразуя
тоянное напряжение, вырабатываемое двигателем, в пере—
н°е напряжение в обмотках трансформатора. Двигатель
63
будет тормозиться и начнет возвращать энергию в сеть,
как ток I d изменил знак. Для поддержания значения тока 7dl]
процессе торможения на достаточном уровне необходц^
уменьшать угол аг управления тиристорами по мере снижен^
частоты вращения двигателя Д, чтобы обеспечить неравенств
Ea>U<?и2 , так как э.д.с. якоря изменяется пропорциональна
частоте вращения двигателя.
При угле 02=90° двигатель остановится, а если
уменьшить угол управления аг, например до 60°, то групц^
тиристоров Т< — Т5 — Те перейдет работать в выпрямитель^
режим (рис. 22, д) и будет проводить ток при отрицательны*
значениях напряжения и2 на катодах. Напряжение t/dB2 преоб.
разователя изменит знак на обратный (по сравнению со знаком
l7rfBi при ai = 60o), двигатель будет вращаться в обратную
сторону (левое вращение) и э. д. с. Ея также изменит свой
знак.
5. ВНЕШНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
ПОКАЗАТЕЛИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
ВЫСШИЕ ГАРМОНИКИ В КРИВОЙ ВЫПРЯМЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
И ПЕРВИЧНОГО ТОКА
Кривая выпрямленного напряжения любой схемы выпрямле-
ния образуется из положительных участков синусоид, содержит
постоянную L) d и переменную U~ составляющие — высшие гар-
моники. Действующее значение напряжения высших гармоник
зависит от числа фаз выпрямителя, схемы соединения вентилей
и угла управления. Таблица 4 дает представление о содержании
напряжения высших гармоник по отношению к среднему значе-
нию выпрямленного напряжения.
Числовые отношения	при полном открытии вентилей
выпрямителя ( а = О) указывают на уменьшение действующего
значения напряжения с увеличением частоты гармонической-
Увеличение угла управления выпрямителя приводит к росту
отношения U~/Ud0.
Из табл. 4 видно, что преобладающее влияние для всех cxefl
выпрямления имеет гармоническая первой кратности по отн0"
шению к частоте сети.
В кривой первичного тока также создаются высшие гарм0'
ники, порядок rii которых отличается от порядка гармонич®*
ских в кривой выпрямленного напряжения на £1, т. е.
64
ni=km + ],
(43)
где W “ число фаз выпрямления преобразователя; k — коэффи-
циент кратности порядкового номера рассматриваемой гармо-
ццческой к числу фаз т представляет собой целый ряд чисел,
/jssl, 2, з...
Например, в трехфазной схеме с нулевым выводом (т=3)
в кривой первичного тока имеются высшие гармоники порядков
2-го, 4—го, 5—го, 7—го и т. д., в трехфазной мостовой схеме
^=6) -гармоники порядков 5-го, 7-го, 11-го, 13-го и выше.
' Следует отметить, что гармоники более высоких порядков
р кривой тока ia > как и в кривой напряжения ud, имеют мень-
щую амплитуду и легче отфильтровываются вследствие более
высокой частоты. Поэтому определяющей величиной практиче-
ски является гармоническая первой кратности (при k = 1),
называемая часто основной.
Таблииа 4
Гармонический состав выпрямленного напряжения
при различном числе фаз и угле управления выпрямителя
Схемы выпрямления		Частота выс- ших гармоник /г-=Ат/,, Гц	Относительное содержание высших гармонических при различных углах управления а выпрямителя			
			о°	30°	60° '	90°
Однофазная риодная и « = 2	двухполупе- мостовая,	2-50 = 100 4•50 = 200 6•50 = 300	0,472 0,094 0,041	0,625 0,203 0,142	0,851 0,334 0,234	0,968 0,392 0,266
Трехфазная « 3	нулевая.	3-50 = 150 6 • 50 = 300 6-50 = 450	0,176 0,041 0,017	0,31 0,14 0,08	0,47 0,21 0,14	0,53 0,25 0,16
Рвхфазная мостовая и с Уравнительным реак- ^Ром, m = 6		6•50 = 300 12-50 = 600 18-50 = 900	0,041 0,011 0,004	0,14 0,06 0,04	0,21 0,11 0,07	0,25 0,12 0,08
ч Примечания: 1. Здесь приведены действующие значения гармони-
** Для k - 1, 2 и 3 по отношению к среднему значению выпрям-
напряжения (/d0 управляемого выпрямителя.
ничес" ^ЛЯ неУпРавляемых выпрямителей относительные значения гармо-
g К*— получаются при а — 0°.
Из кн!Нанные табл. 4 получены на основании расчета по формуле (4-233)
105g и И- Л. Каганова 'Электронные и ионные приборы'. Ч. Ill, ГЭИ,
5
65
Высшие гармоники в переменном токе первичной сетц
питающей выпрямитель, искажают форму кривой напряжения ц
(особенно, когда мощность преобразователя соизмерима с
мощностью источников, питающих сеть) и вызывают дополни-
тельный нагрев синхронных генераторов, трансформаторов
и линий передач, оказывают влияние на линии связи, проход^
шие вблизи от ВЛ.
СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ
Наличие пульсаций выпрямленного напряжения ухудшает
работу потребителей, питаемых от выпрямителей. Например,
при питании двигателей постоянного тока пульсирующим на-
пряжением ухудшаются условия коммутации тока и увеличива-
ются потери в двигателе. При питании радиоаппаратуры пуль-
сации напряжения иа резко ухудшают работу устройств, созда-
вая на выходе усилителей фон, т. е. дополнительные колебания
выходного напряжения низкой частоты. Вследствие этого
пульсации напряжения на нагрузке должны быть снижены до
значений, при которых не сказывалось бы их отрицательное
влияние на работу установок.
Для уменьшения пульсации напряжения у потребителя на
выходе выпрямителя устанавливается специальное устройство,
называемое сглаживающим фильтром. Схема включения
фильтра Ф приведена на рис. 23, а.
Значение пульсации напряжения на выходе выпрямителя
оценивается коэффициентом пульсаций q, который равен отно-
шению амплитуды основной (первой) гармоники пульсаций C'-i
к постоянной составляющей выпрямленного напряжения Ud>
т. е. q=V^IUd.
Пульсация напряжения на нагрузке характеризуется коэф-
фициентом который равен отношению амплитуды основной
гармоники пульсаций Uа~ на нагрузке (после фильтра) к вы-
прямленному напряжению U dH на нагрузке, т.е. q\ — Ua~ IUan'
Пульсация напряжения на нагрузке задается условиям0
работы потребителя, а пульсация напряжения на входе выпря-
мителя известна после выбора схемы выпрямления и определе-
ния ее параметров. Отношение значений q и qx определяет
степень сглаживания выпрямленного напряжения и называется
коэффициентом сглаживания фильтра s:
q	. Ud~	(44)
- Ud ' UdH’
66
Наряду с ослаблением переменной составляющей выпрям—
JjejiH°ro напряжения сглаживающий фильтр уменьшает и посто-
вую составляющую (Ud„ = Ud— Л(7ф). Очевидно, чем мень-
степень уменьшения постоянной составляющей (UdIUdft) при
^изменном ослаблении переменной	, тем качествен-
нее будет фильтр. Для фильтров выпрямителей малой мощности
оТВошение постоянных составляющих напряжений обычно
Рис. 23. Схемы включения фильтров.
° — блок-схема выпрямителя с фильтром; б — емкостный фильтр; в — индуктив-
ный фильтр; гид — кривые напряжений и токов.
=1 ,05-5-1,1, а для выпрямителей большой мощности
UilUdli= 1,005—1,01.
В практических расчетах можно считать Ud х Ud„ и коэф-
’’"Пиент сглаживания, показывающий в этом случае степень
00 'Иб пения переменной составляющей выпрямленного напряже-
я Фильтром, принимать равным s = qlq\ « U~ifUa~ .
Рассмотрим основные виды фильтров.
Кои^Мкостный фильтр (рис. 23,6) представляет собой
ф , включаемый параллельно нагрузочному сопро-
Шунтируя нагрузку малым емкостным сопротив-
хс = 1/шС <£Rd для переменной составляющей тока
он создает в выпрямителе дополнительное падение
т^енсатор С,
СС"ю'г-1
5*
67
напряжения Д£/а на га (рис. 23, в), что приводит к сглажив^
нию напряжения Ud. В этом случае можно считать, что чер^
Rd проходит только постоянная составляющая тока Id, а пер6
менная составляющая тока id~ проходит целиком через кон^
денсатор.
Емкостный фильтр более эффективен в выпрямителях ца
малые токи Ij (с большими Rd), так как в таком фильтре легче
получить неравенство	при небольших значениях
емкости Сф.
При расчете емкостного фильтра исходным обычно является
требующееся значение коэффициента пульсаций <h, а также
заданные значения угловой частоты сос —2 nfi источника
питания и сопротивления нагрузки Rd - Значение Сф может быть
определено из выражения, мкФ:
г — 1	106
- ^7; 7?7 •	(45)
Индуктивный фи льтр (рис. 23,г) представляет собой
дроссель включаемый последовательно с нагрузкой и
обладающий большим реактивным сопротивлением
для переменной составляющей выпрямленного тока, которая
значительно уменьшается, и падение напряжения MJd~ от этой
составляющей Ha/?d становится незначительным (рис. 23, д).
Для хорошего сглаживания напряжения на нагрузке необхо-
димо, чтобы
Xl = ^L^ Rd.	(46)
При заданном коэффициенте сглаживания s необходимое
значение индуктивности фильтра £ф с учетом выполнения
условия (46) определяется из выражения^ Г:
где fc — частота напряжения сети, Гц; т— число фаз выпря^1'
пения.
Анализ формулы (47) показывает, что одно и то же зна4®'
ние коэффициента s может быть получено при тем меньи1’’5
значениях индуктивности Гф. чем меньше сопротивление и0,
грузки Rd- Таким образом, индуктивный фильтр выгодно пР,!'
менять в выпрямителях средней и большой мощности, у котор®-’
сопротивление нагрузки мало.	J
Если требуется иметь очень малое значение коэффиниеЯ J
пульсаций qx, то емкость Сф или индуктивность примени
68
^bie в качестве простейших фильтров, могут получиться значи—
цельными. В таких случаях применяют более сложные Г-образ-
или П-образные фильтры /77.
ВНЕШНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
В реальных выпрямителях с ростом тока нагрузки 1а
выходное напряжение выпрямителя V d уменьшается вследствие
наличия интервала коммутации тока вентилей (Id XTmj2n),
цадений напряжения в активном сопротивлении обмоток транс-
форматора Id R, и последовательных элементах сглаживающего
фильтраА£7ф,а также внутреннего падения напряжения в венти-
лях Af/a-
С учетом сказанного напряжение на нагрузке неуправляе-
мого выпрямителя при токе I d можно представить уравнением
Ud = UM-ld^-~ Id R. -	•	(48)
где А /7ф= IdRc. л— падение напряжения на активном сопротив-
лении сглаживающего дросселя;Д Ua= п Д (7а. н— падение напря-
жения в вентилях одного плеча выпрямителя, не зависящее от
тока 1 -» (см. гл. 3). Для мостовых схем выпрямления At7a =
= 2 л Д а. н -
Из уравнения (48) видно, что напряжение на выходе
выпрямителя линейно зависит от тока в нагрузке. Графически
выраженная зависимость среднего значения выходного напря-
жения t/tfOT среднего значения тока Id называется внеш-
ней характеристикой вып-рямителя (рис. 24,а).
Наклон внешней характеристики определяется падением
напряжения на трансформаторе и фильтре, а также снижением
напряжения под действием коммутации тока. Падение напряже—
ния в вентилях не зависит от значения тока и перемещает
иарактеристику U d—l(Id) вниз на АПа.
В выпрямителях средней и большой мощности приЬ^^-бОВ,
в которых применяются силовые кремниевые вентили с уста-
новкой одного-двух диодов в плече, падением напряжения в
Г"' часто пренебрегают, так как Af7a= 1 -s- 2 В.
Тогда уравнение внешней характеристики может быть зе-
лено следующим образом:
U d= U -Id (Ri + ^ + Rc. д)-	(49)
69
Внешняя характеристика выпрямителя с уравнительны^
реактором (рис. 24,6) в режиме двойной звезды определяется
равенством

где U'dQ = 1,17 (72ф— выпрямленное напряжение условного х<х
лостого хода, когда выпрямленный ток Id = /<г кр ; Id —I.
Рис. 24. Внешние характеристики неуправляемых выпрямителей.
а для обычных схем включения; б — для трехфазной схемы
с уравнительным реактором.
индуктивное падение напряжения от коммутации тока вентиля*
ми, определяется током Id/2, так как ток нагрузки Id распре-
деляется по двум параллельно включенным звездам (см.
рис. 12, а).
При уменьшении тока Id ниже /<гкр схема начинает работать
в режиме шестифазного выпрямления, напряжение Udo при
действительном холостом ходе (/</ = 0) возрастает до значе-
ния U do= 1,35 (7 2 ф и на внешней характеристике появляется
скачок (пик) напряжения значением 15,4%. Это является
недостатком данной схемы выпрямления.
Внешние характеристики управляемого преобразователя в
выпрямительном режиме при£</ =°о (^Ld > 5Rd) имеют тако®
же характер, как и в неуправляемом, и определяются выраж®""
иивм	(Хтт . п ...	\ /кд)
Uda == Udo cos а —	—h R т 4“ Rc. д j >	(^u
70
Внешние характеристики управ-
выпрямителя при различных уг-
лах управления а.
Рис. 25.
ляемого
где Udo — напряжение холостого хода при полностью открытых
(а==0) тиристорах.
Каждому углу управления а соответствует своя внешняя
характеристика. На рис. 25 построено в относительных едини—
цдХ семейство таких характеристик при разных значениях угла
Oj наклон которых остается постоянным, так как потери на-
пряжения в преобразователе не зависят от угла управления.
Если	то при больших углах а и малых токах Id
нагрУзки наступает режим прерывистых токов, при котором
внешние характеристики
резко поднимаются вверх
(на рис. 25 показаны пунк-
тиром). В этом случае зна-
чение среднего напряжения
преобразователя будет зави-
сеть не только от угла
управления а, но и от вре-
мени проводимости тиристо-
ров, которое будет умень-
шаться за счет сокращения
длительности работы венти-
лей при отрицательных на-
пряжениях и2ф вторичных
обмоток трансформатора, что
приводит к увеличению вы-
прямленного напряжения Ud
(см. рис. 18,б).
Это явление вызвано тем, что
грузки 1а уменьшается количество энергии, запасаемое в
индуктивноети£йпри прохождении через нее импульсов тока id,
так как эта индуктивность имеет в реальных условиях конечное
значение, и наступает момент, когда создаваемая ею э.д.с.
самоиндукции оказывается недостаточной для поддержания
т°ка при отрицательных напряжениях на анодах тиристоров.
При холостом ходе (Id =0) среднее значение выпрямлен-
н°го напряжения в режиме прерывистых токов для всех схем
ПРвсбразователей определяется выражением
при уменьшении тока на—
1—sin (а— л/т)
o'da — Udo 2 sin л/т
(51)
Где и
'-'do— среднее выпрямленное напряжение неуправляемого
/ Рямителя, т. е. при а=0 определяется по значению!/2ф
См- табл. 3).
71
РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УПРАВЛЯЕМЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Одной из важнейших характеристик преобразователя
тиристорах является зависимость среднего значения выпря^
ленного напряжения Uda от угла управления а. При непреры^
ном выпрямленном токе (без учета потери напряжения
коммутации тока) для всех схем выпрямления эта зависимость
определяется выражением
Uda — Udocos а.	(52)
где Udo— наибольшее (предельное) значение выпрямленного
напряжения управляемого преобразователя при а=0, равное
среднему значению выпрямленного напряжения неуправляемого
преобразователя при одинаковой величине фазных напряжений
U 2 ф трансформаторов обеих схем.
Из формулы (52) видно, что при угле управления 90°
выпрямленное напряжение будет равно нулю. Это возможно
лишь в том случае, если катодная индуктивность Ld в течение
части положительного полупериода запасла необходимое коли-
чество энергии (ld2Ldl2) для поддержания выпрямленного тока
постоянным в течение такой же части отрицательного полупе-
риода (рис. 21, в).
Режим непрерывного тока ia по всему диапазону изменения
угла а требует наличия бесконечно большой индуктивности Ld.
В этом случае очень малые пульсации выпрямленного тока
создают на катодной индуктивности Ld э.д.с. самоиндукции,
которая поддерживает ток ij непрерывным при отрицательных
значениях напряжения Ud.
На практике же в большинстве случаевLd имеет конечное
значение, поэтому запасенной в ней энергии оказывается до-
статочно только для того, чтобы обеспечить прохождение
тока лишь в течение некоторой части отрицательного полу-
периода и2ф’
Выпрямленный ток становится прерывистым, напряжение ш
возрастает, и для получения выпрямленного напряжения Uda"
- О необходимо увеличить угол а больше 90°.
Среднее значение выпрямленного напряжения трехфазного
выпрямителя с активной нагрузкой (рис. 14) будет равно нул10
при а=150°, для двухфазной схемы при а=180° (рис. 13 )•
На рис. 26 построены регулировочные характеристик”
управляемых выпрямителей при числе фаз выпрямления т =
3 и 6 и двух значениях катодной индуктивности:Ld=O и Ld^ °°
72
Гоеднее значение выпрямленного напряжения U ja указано
дОлях максимального U ао в зависимости от угла управления.
9 0з рис. 26 видно, что с увеличением числа фаз выпрямлен-
все больший участок характеристик U aa=f (а) при Lj = 0
и г = оо становится общим. Для двухполупериодной схемы
Рис. 26. Регулировочные характеристики управляемых выпря-
мителей при различном числе фаз выпрямления.
и Даже при индуктивности фильтра, уменьшающей пульсации
Спрямленного напряжения до 1%, критический ток в этой
СХвМе (ток, при котором справедлив закон Uja — Udo cos а)
достигает примерно 30% fan-
Коэффициент полезного действия и коэффициент
МОЩНОСТИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
К
°эффициент полезного действия выпрямителя
Является отношением полезной мощности Ра к мощности
73
Р1 = Р^4-ДР, потребляемой из сети:
13 = Pd+^Pa ’	<53)
где ДР — потери мощности в выпрямителе.
Значение ДР складывается из потерь мощности в вентил^
ДРа, в питающем трансформаторе ДР Тр . в фильтре ДР ф и
вспомогательных устройствах ДРвс (например, в попупровоц-
никовых выпрямителях —потери в целителях напряжения и тока
если такие применяются; в системе охлаждения силовых
вентилей при принудительном отводе тепла и т. д.).
Потери мощности во вспомогательных устройствах обычно
составляют (0,5-ь 1,5%) Р4, потери в элементах фильтра
(например, в сглаживающем или уравнительном дросселе)
также незначительны. Основное значение в полупроводниковых
преобразователях имеют потери в вентилях ДРа и трансфор-
маторе ДРТР-
В некоторых случаях представляется удобным оценивать
общий к. п. д. выпрямителя в виде произведения к. п.д. транс-
форматора и вентилей:
”*]В = "Ча •
Потери в трансформаторе ДРтр складываются из потерь
в стали сердечника ДРС и в обмотках ДР м, а к. п. д. трансфор-
матора определяется выражением
„ _________
^ТР т2{/3/3 + ДРс + ДРм
и для трансформаторов средней и большой мощности при на-
грузках, близких к номинальной, к. п. д. равен 95-98%.
Потери в вентилях ДР а определяются падением напряжения Д(^1
в вентилях, которое практически не зависит от тока h
(см. гл. 3).
С учетом этих допущений к. п. д. вентилей определяется
выражением
~Udfd	.—	Ud	(55)
UdId + Д1/а/а I/rW
Следовательно, с повышением выпрямленного напряжен^
U d растет к. п. д. вентилей т]*, а с ним и полный к. п. °’
* Если с повышением U d в л раз применяется последовательное
нение л вентилей в плече выпрямителя, то т)а =const с увеличением наП'
жения U d*
74
^прямителя т]в = ^тр ’Ja • Наиболь-
к. п. д. при изменении U d от 50
д0 500-1000 В имеют выпрямители
-а полупроводниковых вентилях, так
падение напряжения ДОа в них
составляет 1-1,2 В на один выпря-
мительный элемент. Коэффициент
полезного действия полупроводнико-
вых преобразователей при мощности
50-Ю® кВт равен 90-92%, при
мощности около 500-1000 кВт
к.п. Д- свыше 95% /77.
Коэффициент мощности не-
управляемого выпрямителя.
Выпрямители являются потребителя-
ми реактивной мощности, которая
обусловливается намагничивающим
током трансформатора, искажением
формы первичного тока и процессом
коммутации тока в вентилях.
Коэффициент мощности неуправ-
ляемого выпрямителя зависит от
сдвига по фазе первой гармоники
тока /j относительно первичного
напряжения Ut (рис. 27). Если пре-
небречь намагничивающим током
трансформатора, то для таких вы-
прямителей при значительной индук-
тивности сглаживающего дросселя
Rd) можно считать, что
cos <р = cos-g-,	(56)
Рис. 27. Возникновение фа-
зового сдвига между током
и напряжением трансфор-
матора (а) в зависимости
от угла коммутации (б) и
угла управления (в) вы-
прямителей.
гДе -у _ угол коммутации тока.
На рис. 27, в показан сдвиг вто-
ричного тока по отношению к напря-
Жению фазы трансформатора за счет
уг’Ла коммутации. Значение этого
сЧвига примерно равно у/2.
При номинальных нагрузках пре-
^«РДзователей на неуправляемых вентилях угол коммутации у
достигать значения30—40°, тогда для трехфазных схем
Рямления коэффициент мощности cos<p=0,9-t- 0,92.
75
Коэффициент мощности управляемого выпр^
ми те ля. Изменение выпрямленного напряжения с помощЬ10
управляемых вентилей приводит к увеличению потребления
активной мощности и к снижению cos ф выпрямителя. Это вЬи
звано тем, что при задержке открывания вентиля на значещ^
угла управления а кривая тока 4 вторичной обмотки трансфер
матора сдвигается по фазе на угол ф ~ а относительно кривое
напряжения и2 (рис. 27,6).
Если выпрямитель работает на активно—индуктивную ца_
грузку при <oZ-d>5 Ra, то будет возникать дополнительный
сдвиг первой гармоники тока i2 (ij относительно кривой напря„
жения и? (1) > вызванный углом коммутации тока вентилями
(рис. 2 7, в).
Полный сдвиг фаз между током и напряжением трансформа-
тора (при условии пренебрежения током холостого хода, но
с учетом процесса коммутации) будет определяться углом
ф~а + у/2. Поэтому коэффициент мощности управляемого
выпрямителя может быть вычислен по формуле
cos<p=cos (а+ ”у/2).	(57)
Выражение (57) показывает, что с увеличением угла
управления а коэффициент мощности преобразователя уменьша-
ется, достигая значений cos ф = 0,3-5-0,5 при глубоком регу-
лировании выпрямленного напряжения. Это является сущест-
венным недостатком управляемых выпрямителей, для устране-
ния которого применяют специальные схемы или так называе-
мую искусственную коммутацию тока [1].
6. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
НА ТИРИСТОРАХ
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
ТИРИСТОРАМИ
Управляемый кремниевый вентиль—тиристор включается.
если анод имеет более высокий потенциал, чем катод, и на уП'
равняющий электрод подан импульс напряжения положительной
полярности. Надежное включение тиристоров в схемах преоб*
разователей переменного тока происходит в том случае,
ток и напряжение управления соответствуют входным харак?®'
ристикам применяемых вентилей [1].
Включение и открывание тиристоров в многофазных упраВ'
ляемых схемах выпрямления, например в трехфазной мостов0**
76
еМе (рис. 11, а), при непрерывном токе нагрузки происходит
раз в каждый положительный полупериод анодного напряже-
для вентилей анодной группы. Изменением фазы переднего
*оонта управляющего импульса относительно переменного
^пряжения питающей сети можно осуществить регулирование
входного напряжения преобразователя.
Система управления (СУ) тиристорным преобразователем
(ТП) должна выполнять следующие задачи:
1) создавать синхронизированную с напряжением питающей
сети /n-фазную систему импульсов управления, каждый из
которых способен включить любой тиристор, применяемый
в преобразователе;
2) позволяет сдвигать по фазе импульсы управления отно-
сительно анодного напряжения тиристоров.
Для управления тиристорами применяют различные систе-
мы, требования к которым определяются спецификой схем пре-
образовательных установок и общими свойствами тиристоров.
Требования, определяемые свойствами тири-
сторов:
1.	Для надежного открывания тиристоров, применяемых
в силовых преобразователях, с различными сопротивлениями
управляющего перехода необходимый ток управления должен
быть не более 300 мА.
Так как сопротивление перехода УЭ — К обычно составляет
25-40 Ом для тиристоров на 1ан = 100^5-300 А, то напряже-
ние на выходе устройства управления должно быть не более
8-12 В. Это свойство тиристоров позволяет применять для
систем управления маломощные полупроводниковые приборы,
малогабаритные резисторы и конденсаторы.
2.	Недопустимо подавать на управляющий электрод тири-
сторов отрицательное напряжение более 0,5—1 В. Наличие
отрицательного напряжения на УЭ в обратную полуволну анод-
ного напряжения может привести к увеличению 1 ОбР тиристора
и выходу его из строя.
3.	Для четкого отпирания тиристоров и надежной работы
преобразователя во всех возможных режимах необходимы
Управляющие импульсы с крутым передним фронтом около
Ю5 д/с и продолжительностью (шириной) около 10—15° /27
Ппя обеспечения нарастания тока через тиристор до значения
тока удержания.
Для управления тиристорами предпочтительным является
Применение 'узких' импульсов для ограничения мощности,
Рассеиваемой на управляющем переходе вентиля.
77
Кроме требований, определяемых общими свойствами тирц-
сторов, от систем управления требуется:
обеспечение относительной симметрии управляющих им-
пульсов различных фаз ТП с точностью порядка 1-2 во всем
диапазоне фазового управления для предотвращения неравно-
мерной загрузки фаз преобразователя;
обеспечение необходимого диапазона изменения угла уп—
равления а для регулирования напряжения Ua на нагрузке от О
до максимального значения. Это требование определяет диапа-
зон изменения фазы отпирающих импульсов при непрерывном
токе в нагрузке в пределах 0—90 для нереверсивных преобра-
зователей и 0-е-(155—160°) для реверсивных.
ЭЛЕМЕНТЫ И ТИПЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
В настоящее время разработано большое количество систем
управления тиристорами, число которых непрерывно возраста-
ет. Это обусловлено широким развитием силовой полупроводни-
ковой техники и постоянным расширением областей ее приме-
нения.
По используемым методам управления ТП можно выделить
группу СУ с импульсно-фазовым управлением. В этих системах
осуществляется сдвиг управляющих импульсов по фазе относи-
тельно напряжения питания тиристоров. Как правило, такие
системы состоят из следующих основных узлов: фазосдвигаю-
щего устройства, промежуточного усилителя и формирователя
импульсов.
Последовательность процессов получения импульсов и
сдвига их по фазе в реальных системах бывает различной.
В электромагнитных системах управления переменное напря-
жение сначала может сдвигаться по фазе или изменяться по
форме, а затем происходит формирование из этого напряжения
управляющего импульса.
В полупроводниковых СУ, которые в настоящее время счи-
таются наиболее перспективными, формирование управляющего
импульса происходит в момент равенства переменного напря-
жения (синусоидального, треугольного или пилообразного) и
наложенного на него постоянного напряжения Uy.
Изменяя величину Uy (сравнивая его по 'вертикали'
с переменным напряжением), можно осуществлять сдвиг
импульсов управления по фазе в широком диапазоне и обеспе-
чить регулирование выпрямленного напряжения в пределах
от О до ± Ud макс .
78
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
Рассмотрим принцип действия управляющего устройства с
^пользованием полуволнового (однополупериодного) магнит-
рого усилителя (ПМУ), схема которого изображена на
pjic. 28, а. На сердечник из материала с петлей гистерезиса,
Рис. 28. Электромагнитная система управления тиристорами,
а — схема одного канала с полуволновым магнитным усилителем; б—
петля гистерезиса сердечника; в — временные кривые напряжений.
близкой к прямоугольной, намотаны обмотки: рабочая а>р,
ПеРемагничивающая wn, смещения шсм и управляющая wy.
Обмотки wp и wn магнитного усилителя питаются от вто-
РПЧВых обмоток w2 и ш3 трансформатора Тр через диоды Д\ иД3
"Ретивофазными полуволнами напряжений ир и и„. Формирова-
импульса управления с определенной, фазой, который с ни—
ется с сопротивления происходит в момент перемагничи-
аЧйя сердечника ПМУ.
79
Предположим, что к началу действия напряжения др маг^
нитное состояние сердечника ПМУ характеризовалось точкой 5
на петле гистерезиса (рис. 28,6). С ростом др сердечник
будет перемагничиваться от индукции —Во до индукции насыщу
нияВ5Г точка 1 на кривой B = f (Н) ]. В этом интервале череа
обмотку О1р проходит незначительный намагничивающий ток ifl
и на сопротивлении Ri будет небольшое падение напряжен^
U вых = ioRi-
В момент времени Л сердечник ПМУ насыщается
(рис. 28, в), индуктивное сопротивление рабочей обмотки
резко уменьшается и все напряжение и р практически прикла-
дывается к сопротивлению Ri. С выхода схемы снимается им-
пульс напряжения иим> который поступает на управляющий
электрод тиристора.
К моменту t2 ток в обмотке wp уменьшается до нуля, а в
обмотке wn появляется отрицательное напряжение- и„ и, начи-
ная с момента (з> сердечник ПМУ будет перемагничиваться от
индукции/^ до начальной индукции - Во. Глубина размагничива-
ния сердечника зависит от значения управляющего напряжения
U у и числа витков обмотки wy, намагничивающая сила //у кото-
рой противодействует размагничивающей н. с. обмотки wn .
Если Uу =0, то сердечник будет размагничиваться до
Bq= — Bs за время действия напряжения и„. При максималь-
ном значении напряжения Uy сердечник ПМУ размагничиваться
практически не будет и момент насыщения наступает в начале
полупериода напряжения Др (момент fg на рис. 28, в; для
наглядности здесь показано —Uy).
Таким образом, момент начала формирования управляющего
импульса зависит от величины напряжения Uy на обмотке wy
магнитного усилителя. Изменяя величину сигнала управления
U}, можно менять угол сдвига а управляющего импульса пи«
относительно начала положительного полупериода напряжения
др,т.е. регулировать момент отпирания тиристора. Зависи-
мость a—f(Uy) называется регули ровочной характе-
ристикой системы управления. Указанная характери-
стика для электромагнитной СУ с ПМУ представлена графиче-
ски на рис. 29. Диапазон изменения угла а теоретически
может быть равен 180 , но из-за изменения амплитуды выход-
ного импульса он используется лишь в пределах 110—120 •
Для ограничения тока управления последовательно с
тиристора включается сопротивление R2. Диод Д\ препятствуй
размагничиванию сердечника ПМУ в отрицательный полуперио^
напряжения ир, а диод Д3— намагничиванию сердечника в поЛ°"
80
котельный полупериод напряжения ип. Диод Д2 исключает
0Одачу отрицательных импульсов напряжения «им на УЭ
^ристора.
Изменяя с помощью резистора Ri значение тока в обмотке
котс>Рая питается от независимого источника постоянного
тока» можно выбрать начальное значение угла регулирования
Рис. 29. Регулировочная характеристика элек-
тромагнитной системы управления с ПМУ.
°о тиристорного преобразователя при отсутствии сигнала на
входе СУ, т. е. при U у=0.
Для управления т- фазным преобразователем СУ должна
Иметь т блоков, показанных на рис. 28, а, напряжения двых
Которых должны быть синхронизированы с напряжениями на
аНодах тиристоров. Обмотки WТ отдельных блоков соединяются
Последовательно и подключаются к общему источнику управля-
|°п1его напряжения Uy тиристорным преобразователем.
Достоинством данной системы управления являются про-
Стота выполнения и надежность в работе, простота компоновки
^Вогофазной СУ и возможность получения нескольких изолиро-
81
ванных выходов, что облегчает управление тиристорами при
Их
последовательном или параллельном соединении, а также уд0^
ство суммирования сигналов управления.
Недостатком рассмотренной СУ является ограниченна
диапазон изменения угла управления (около 110—120 ) При
питании ПМУ синусоидальным напряжением, непостоянство
амплитуды управляющего импульса и его сравнительно небо/ц^
шая крутизна. При питании ПМУ прямоугольным напряжение^
(например, от магнитно-транзисторного мультивибратора)
синхронизированным с напряжением питания ТП, диапазон
изменения угла регулирования а можно получить близким к
180 , при этом сохраняется постоянство амплитуды управля-.
ющего импульса.
ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
Принципиальная схема одного канала полупроводниковой СУ
приведена на рис. 30, а. На вход системы подаются два напря-
жения: близкое к пилообразной форме переменное напряжение
ип и управляющее напряжение постоянного тока Uy,изменяемое
по величине и полярности в зависимости от режима работы
тиристорного преобразователя.
Пилообразное напряжение формируется с помощью трех
однофазных трансформаторов Тр\, Тр2 и Тр3,первичные обмотки
которых могут быть соединены в звезду или треугольник,
а напряжения вторичных обмоток с помощью сопротивле-
ний и Т?2. а также диодов Д1 и Д2 алгебраически склады-
ваются.
Напряжение и п является суммой противофазного синусо-
идального напряжения — ис и двух полусинусоид напряжений
-j-uan —.Форма получаемого таким образом напряжения и„,
приближающегося к пилообразному, приведена на рис. 30, б.
Продолжительность рабочего участка составляет 240°, а не-
рабочего 120°.
Первичные обмотки трансформаторов Tpj, Тр2 и Тр3. вклю-
чаются в сеть питания таким образом, чтобы напряжение
пересекало ось времени (рис. 31, а) со сдвигом по фазе на Q0
по отношению к точке естественного открывания тиристор®»
включенного под напряжение иа.
На пилообразное напряжение и„ накладывается напряжен^®
управления (7у, и их алгебраическая сумма подается на вх°д
транзисторного каскада на триодах ПТ\ и ПТ2, включенных п°
схеме с общим эмиттером.
82
В момент, когда сумма напряжений Uy и ип будет равна
нулю (рис. 31,6), т. е.
Uy 4~ un (<oi) = 0,
(58)
Рис. 30. Полупроводниковая система управления тиристорами.
° ~ принципиальная схема одного канала; б — формирование пилообразного напряжения.
тРИод rjj'i открывается и в его коллекторной цепи проходит
т°к» имеющий форму прямоугольных импульсов. Снимаемый
Коллектора триода ПТ\ импульс напряжения (рис. 31, в)
И°Цается на базу триода ПТ2, который усиливает его и изме—
ет фазу на 180° (рис. 31, г). Сигнал с выхода транзистора
Рис. 31. Диаграмма напряжений на элементах по-
лупроводниковой системы управления.
fjT2 дифференцируется емкостью Сь Образующийся при этом
положительный импульс срезается диодом Дл (рис. 31, д),
0 отрицательный через диод Д5 поступает на базу транзистора
Uj3 и запускает ждущий блокинг-генератор, выполненный на
составном транзисторе ПТ3—ПТ^ с положительной трансфор-
^аторной обратной связью (обмотка w2).
При подаче на базу триода ПТ3 отрицательного импульса
открывается триод ПТ\. В первичной обмотке W! трансформато-
ра Tpi проходит при этом ток, и в сердечнике создается маг-
нитный поток, наводящий в обмотке w2 э.д.с., которая под-
держивает ток в базе триода ПТ4 и после окончания импульса
на входе блокинг-генератора.
С выходной обмотки w3 трансформатора Тр4 снимается
управляющий импульс с крутым передним фронтом (рис. 31, е)
и через диод Д8 подается на управляющий электрод тиристора.
Высокая крутизна фронта выходного импульса обеспечивается
большим коэффициентом усиления составного транзистора и
положительной обратной связью каскада.
Диапазон изменения фазы управляющего импульса в такой
системе составляет 200—210° (против теоретического в
240°), так как при больших углах прекращается четкая фикса-
ция момента пересечения опорного напряжения ип с напряже-
нием управления Uy.
Для предотвращения срабатывания блокинг-генератора от
коротких ложных импульсов (наводок) цепь база - коллектор
транзистора ПТ3 шунтируется емкостью С2. Для защиты Тран—
зисторов/7Т3 — ПТ4 от перенапряжений, возникающих на обмот-
ках трансформатора Tpt при снятии импульсов, первичная об-
мотка wl шунтируется разрядной цепочкой — С&. Для защиты
Управляющего электрода тиристора от значительных отрица-
тельных напряжений включается диод Д3. Снижение напряжения
между коллектором и базой транзистора ПТi при положительном
сигнале на базе достигается включением диода Д3, который
выравнивает потенциалы, базы и эмиттера данного транзистора
при иб>0.
В трехфазной мостовой схеме выпрямления (см. рис. 11,6)
счиовременно должны работать два тиристора: один - в анод—
Й°й, другой — в катодной группах. При этом каждый вентиль
°ЧНой группы работает поочередно с двумя вентилями другой
гРУПпы (см. риб. 11, г). Для включения тиристоров данной
Схемы в нужные моменты времени рассматриваемая полупро—
й°ДНиковая система управления позволяет получать с помощью
85
логической схемы сложения на диодах Д5 и Д7 два узких отпи-
рающих импульса, сдвинутых на 60°.
На базу транзистора ПТ3 через диод Дь поступает импульс
с формирователя фазы (транзисторПТ\ ) данного блока управ-
пения. Сюда же через диод Д7 приходит импульс с блока управ-
ления тиристором второй группы, работающего в паре с тири-
стором первой группы, но фаза отпирания которого отстает на
86
gQ°. С катода диода Дъ уходит импульс на блок управлени$
^Иристором второй группы, также работающего в паре с тири—
сТороМ первой группы, но первоначальный момент отпирания
еГо опережает на 60° момент отпирания тиристора первой
группы.
-К? -8 -В -Ч -Z О 2	4	6	8 В
а)
Рис. 33. Регулировочная характеристика полупроводниковой СУ (а),
подключение блоков управления к напряжению Uy (б) и схема вклю-
чения тиристоров (в).
аким образом, обеспечивается строго одновременная
подача импульсов на управляющие электроды одновременно
Работающих тиристоров, что необходимо для правильной ком—
Стадии вентилей преобразователя в области прерывистых
токов.
Для управления m-фазным выпрямителем полупроводнике—
®аЯ СУ должна иметь столько таких каналов, сколько фаз вы-
пРЯмления содержит преобразователь. Так, для управления
87
трехфазным мостовым выпрямителем в СУ должно быть шесть
каналов формирования отпирающих импульсов.
Для получения шести электрически изолированных напря_
жений и„ в СУ имеется блок пилообразного напряжения (БПЦ)
выполненный на трех однофазных трансформаторах Tpi, Тр2 ц
Тр3, каждый из которых имеет одну первичную и шесть вторич-
ных обмоток. На рис. 32 показана принципиальная схема БГ1Ц
для шестиканальной полупроводниковой СУ.
Управляющее напряжение Uy является общим для всех
шести каналов формирования импульсов и подается между
параллельно включенными эмиттерами триодов /77"1(рис. 30, а)
всех каналов и общим выводом 7 блока БПН (рис. 32). На
рис. 33, а приведена характеристика a=f(Uy) полупроводни-
ковой системы управления ТП.
ФАЗ И РОВ КА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ
Для правильной и надежной работы тиристоров в управляе-
мом преобразователе необходимо тщательно сфазировать СУ
вентилями, т. е. нужно обеспечить строгую последовательность
подачи отпирающих импульсов на тиристоры по отношению к
питающему напряжению.
Рассмотрим процесс фазировки СУ на примере трехфазной
мостовой схемы выпрямления (см. рис. 15, а), в которой при-
меняется полупроводниковая СУ, обеспечивающая подачу на
каждый тиристор два узких импульса, сдвинутых по фазе
на 60°.
Ранее было отмечено, что в трехфазной мостовой схеме
одновременно работают два тиристора, поэтому блоки управ-
ления (БУ) соединяются по два, и каждая пара синхрони-
зируется с одной из фаз вторичной обмотки трансформатора
(рис. 33, б и в).
Проверка фазировки системы управления производится
с помощью электронного осциллографа, например типа ЭО-7,
С1—19 и другие, горизонтальную развертку которого следует
отрегулировать так, чтобы на экране укладывалась синусоида
напряжения п2ф (рис. 34, а) в удобном для наблюдения мас-
штабе.
Отрегулировав развертку осциллографа и отключив питание
СУ, следует поочередно просмотреть на экране и зарисовать
на миллиметровую бумагу кривые фазных напряжений, подава-
емых на аноды (катоды) тиристоров Т\— Т3—Т5(1\ — Т2—Тъ)'
и отметить на оси времени (рис. 34, б) начало и концы поло-
88
Рис 34. Фазировка системы управления трехфазной мостовой схемы
выпрямления. '
а — градуировка осциллографа; б — кривые напряжений на тиристорах и распо-
ложение отпирающих импульсов при G*=90°.
жительных полупериодов напряжений и2а , и2ь и и2 с, последо-
вательность фаз которых должна соответствовать принятой
в энергосистемах, т. е. А — В — С.
Затем следует отключить силовой трансформатор и вклю-
чить питание СУ. Поочередно присоединяя к выходным зажи-
мам БУ осциллограф, необходимо убедиться в том, что каждая
пара отпирающих импульсов на тиристорах катодной (Tt —
—Т5)к анодной (Т2— Т4—Т6) групп сдвинута между собой
на 120° и имеет такой же порядок чередования, как и напря-
жения и2а, и2ь и и2сна тиристорах Ti(T4), 7'3(7'2) и Т5(Т6).
Далее производят начальную установку отпирающих им-
пульсов со сдвигом на 90° относительно точек естественного
открывания тиристоров (рис. 34, б). Это достигается подбором
соединения первичных обмоток трансформаторов Тр\,Тр2 и Тр3
блока БПН, вследствие чего происходит сдвиг по фазе пилооб-
разных напряжений ип каналов управления.
89
Сдвиг на 90° начальных импульсов управления каждой па»
ры относительно точек естественного открывания тиристоров
соответствует на диаграмме трехфазного напряжения начала^
положительных полуволн напряжений последующих фаз (момец-
ты 6, h,	на рис. 34,6) для тиристорсв 7\— Т3—Т5
и концам тех же полуволн напряжений (моменты Д, t6, /g...)
для тиристоров 7\ — 7"б — ?2-
Точная установка начального значения угла регулирования
а0=9О° для каждого тиристора схемы выпрямления произво-
дится изменением исм, подаваемого на базу входного триода
ПТ\, каждого канала СУ путем подбора резистора
(см. рис. 30, а).
После проведения фазировки системы управления следует
произвести пробное включение преобразователя и регулировку
выпрямленного напряжения. Для этого к выходным зажимам
выпрямителя необходимо подключить соответствующего значе-
ния нагрузочное сопротивление, вольтметр постоянного тока
и электронный осциллограф. Затем подается питание на СУ,
силовой трансформатор ТС и задающий потенциометр, с кото-
рого снимается напряжение Uy для подачи в систему управ-
ления.
Плавно изменяя напряжение на входе СУ, следует убедить-
ся в соответствующем изменении напряжения на выходе
выпрямителя по вольтметру, а с помощью осциллографа
просмотреть форму выходного напряжения Ud при различных
значениях .углов регулирования а . При правильной работе
преобразователя все тиристоры должны быть равномерно
загружены током, а напряжение Ud должно иметь форму,
соответствующую схеме выпрямления.
7. ЗАЩИТА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ВЕНТИЛЕЙ
Большинство преобразовательных установок, широко при-
меняемых в различных отраслях народного хозяйства, выпол-
няются на силовых кремниевых вентилях. Обеспечение высокой
надежности, бесперебойной и долговременной работы выдви-
гает повышенные требования к их защите.
Во время эксплуатации преобразователей возникают как
технологические перегрузки, так и аварийные режимы, которые
сопровождаются прохождением токов короткого замыкания.
90
переходные процессы в силовых цепях преобразователей
(включение трансформатора, резкие изменения тока в индук-
тивностях и т. д.) сопровождаются перенапряжениями на
вентилях.
Кремниевые силовые диоды и тиристоры ввиду малого
объема, небольшой теплоемкости вентильного элемента и
высокой плотности тока р-п перехода обладают повышенной
чувствительностью к токовым перегрузкам. Если постоянная
времени нагрева обмоток трансформаторов или электродвига-
телей равна десяткам минут, то для кремниевого диска сило-
вого вентиля она составляет сотые доли секунды. Следова-
тельно, защита преобразователя должна быть быстродействую-
щей, т. е. быстро отключить электроустановку или ее часть и
предотвратить повреждение вентилей.
Полупроводниковые вентили чувствительны также к пере-
напряжениям. Обратные напряжения, превышающие допустимые
значения, воздействующие на вентиль в течение 1-2 мкс,
могут привести к электрическому пробою р-п перехода. Систе-
ма защиты преобразователя должна обеспечить ограничение
всех видов перенапряжений до допустимого уровня.
ЗАЩИТА ОТ ТОКОВЫХ ПЕРЕГРУЗОК
Основными причинами, обусловливающими выход из строя
силовых вентилей в электроустановках, являются короткие
замыкания, длительные токовые перегрузки, прорывы инвер-
тора и электрические пробои вентилей. Применять для защиты
силовых полупроводниковых вентилей электромагнитные и
индукционные токовые реле нельзя, так как они имеют значи-
тельное собственное время срабатывания, подвижные части
и контакты.
• Здесь применяют быстродействующие системы зашиты, Для
правильного построения которых необходимо знать:
1)	перегрузочную способность силовых вентилей к техно-
логическим (повторяющимся) перегрузкам длительностью до
1-5 с, обусловленным характером работы потребителя;
2)	допустимый для вентиля ударный ток (амплитудное
значение) длительностью 10 мс, А;
3)	защитный показатель (тепловой эквивалент) вентиля
=I^t, характеризующий допустимую аварийную перегрузку
пРи длительности импульса 10 мс, А^ . с.
На рис. 35 приведены перегрузочные характеристики дио-
ц°в типа ВК2-200 и тиристоров типа ТЛ-150 при Егал. воэд =
91
= 12 м/с и t0Kp = 40 /37. Анализ кривых показывает, цТо
диод и тиристор в течение 1 с выдерживают перегрузку по
току, равную 100% номинальной. Аварийная перегрузка в те-
чение 0,02 с составляет для диода 680% номинальной, дпя
тиристоров 560%.
Для защиты силовых полупроводниковых преобразователей
от токов короткого замыкания широко применяются специаль-
Рис. 35. Перегрузочные характеристики силовых вентилей.
1 — диод типа ВК2-200; 2 — тиристор типа ТЛ-150.
ные быстродействующие предохранители типов ПНБ и ПБВ,
которые являются самыми простыми защитными аппаратами.
Такие предохранители имеют закрытый фарфоровый патрон
(ПНБ) или герметичный керамический корпус (ПБВ), заполня-
емый чистым и сухим кварцевым песком. Плавкая вставка из-
готовляется из серебряной ленты и имеет несколько участков
с малым сечением и малой длиной, что позволяет получить
предохранитель с малым тепловым эквивалентом отключения
W„=In2to. При больших кратностях тока время срабатывания
быстродействующего предохранителя (БП) составляет 10-
15 мс.
92
На рис. 36 приведена принципиальная схема трехфазного
^остового выпрямителя на силовых вентилях, защищаемого
плавкими предохранителями, которые могут быть установлены:
последовательно с каждым
рентилем для защиты от
внутренних повреждений; в
фазных (подводящих) прово-
дах /?2, обеспечивая отклю-
чение при внешних повре-
ждениях; на выходе посто-
янного тока П3. В первом
случае через предохранитель
проходит действующий ток
вентиля. При такой схеме
включения БП необходимо
учитывать, что при перего-
рании одного из предохра-
нителей может появиться
перенапряжение на осталь-
ных вентилях, включенных
параллельно поврежденному.
Во втором случае плавкие
вставки предохранителей
должны быть рассчитаны на
ток, действующее значение
которого для мостовых схем
выпрямления врл2 раз боль-
ше ^а. действ (см. табл. 3).
Это несколько снижает за-
щитное действие предохра-
нителей. Однако такое вклю-
чение имеет преимущество
В том, что напряжение дуги,
Рис. 36. Схема защиты полупроводнико-
вого преобразователя быстродействую-
щими плавкими предохранителями.
возникающей при перегорании предохранителя, не создает
опасных перенапряжений в вентилях схемы /97.
Быстродействующие предохранители выбираются на напря-
жения, не меньшие номинального напряжения той выпрямитель-
ной установки, в которой они будут эксплуатироваться. В про-
бивном случае не будет обеспечено нормальное гашение дуги,
что может привести к разрушению корпуса предохранителя и
Перебросу дуги на токоведущие части.
Номинальный ток плавкой вставки БП следует выбирать
так, чтобы значение ln‘t, необходимое для отключения предо-
93
хранителя, было меньше допустимого значения /,2/ защищае>>
мого вентиля. В этом случае плавкий предохранитель прерыва^
ет аварийный ток до повреждения вентиля независимо от вели
чины- тока. Значение I„2t предохранителя определяется по ег0
ампер-секундной характеристике, выражающей зависимость
времени срабатывания предохранителя от тока или от кратно-
сти тока, а значение /в21 вентиля - по его ампер-секундной
характеристике (см. рис. 35).
Предохранители, выбранные из условия Wn<Z WB , обеспечи-
вают надежную защиту полупроводниковых вентилей лишь от
токов короткого замыкания и не защищают их от длительных
перегрузок по току.
В СССР в настоящее время серийно выпускаются два типа
быстродействующих плавких предохранителей, предназначенных
для защиты от токов короткого замыкания преобразователей с
силовыми полупроводниковыми вентилями:
1. Предохранители типа ПНБ—5 предназначаются для рабо-
ты в цепях с номинальным напряжением до 660 В постоянного
и переменного тока и выпускаются на номинальные токи: 40,
63, 100, 160, 250, 315, 400, 500 и 630 А. Данные предо-
хранители изготавливаются с различными видами сигнализа-
ционных устройств, в том числе с визуальным указателем
и блок—контактом, которые позволяют быстро обнаружить
сгоревший предохранитель, что упрощает эксплуатацию преоб-
разователей.
2. Предохранители серии ПБВ предназначаются для работы
в цепях переменного тока с частотой 50 Гц и номинальным
напряжением 380 В, выпускаются в трех модификациях /47:
а)	типа ПБВ-1 на номинальные токи 160, 250, 400 и
630 А с жидкостным охлаждением для установки на во-
дрохлаждающей шине аналогично силовому вентилю (см.
рис. 43, г);
б)	типа ПБВ—2 на токи 1ОО, 160, 250 и 400 А с воздуш-
ным охлаждением для установки на стандартный радиатор
силового вентиля;
в)	типа ПБВ—3 на токи 63, 100, 160 и 250 А без специ-
ального охлаждения с установкой в пружинные губки контакт-
ных стоек или с винтовыми контактами.
Все предохранители серии ПБВ снабжены указателям11
срабатывания и блок—контактами для контроля за состоянием
плавкого предохранителя и вентиля.
Защита силовых вентилей и преобразователей от токовЫ*
перегрузок осуществляется автоматическими выключателям1’
94
(автоматами), которые имеют замыкающие главные контакты,
снабженные механизмом расцепления, и реле зашиты прямого
действия (так называемые расцепители).
Автоматы выпускаются с электромагнитными, тепловыми
дли комбинированными расцепителями. Электромагнитный рас-
цепитель предназначен для защиты от коротких замыканий,
тепловой - предусматривается для защиты от длительных
перегрузок током, больше номинального значения.
Автоматический выключатель позволяет производить огра-
ниченное число включений и выключений преобразователя при
нормальных режимах работы. При срабатывании электромаг-
нитного расцепителя и размыкании главных контактов автомат
можно включить повторно, после срабатывания теплового рас-
цепителя автомат будет готов к включению после остывания
теплового элемента через 1-1,5 мин. В этом состоит преиму-
щество автоматов перед плавкими предохранителями.
Однако современные автоматы по быстродействию уступа-
ют предохранителям типа ПНБ и ПБВ. Поэтому в преобразова-
телях с силовыми вентилями они используются как дополни-
тельные (резервные) средства защиты, обеспечивающие отклю-
чение электроустановки от аварийных токов в случае отказа
основных средств защиты и при перегрузках.
Автоматы переменного тока могут устанавливаться: в
преобразователях, питающихся от сети 380 В, на первичной
стороне трансформатора или до ограничивающих реакторов
в бестрансформаторных схемах; при питании от сети 6-10 кВ
на вторичной стороне трансформатора. В этом случае автомат
отключает при авариях преобразователь и защищает вентили.
Автоматы постоянного тока включаются на выходе преобразо-
вателя и в отходящих линиях нагрузки. Срабатывание такого
автомата обеспечивает отключение нагрузки при недопустимых
перегрузках, но не защищает преобразователь от аварийных
режимов, возникающих при пробое вентилей или коротком
замыкании токоведущих частей внутри выпрямителя. То или
Иное место включения автомата применяется с учетом схемы
питания, мощности потребителя, а также характеристик и
технических данных автоматического выключателя.
Автоматические выключатели характеризуются номиналь-
ными значениями тока и напряжения автомата, значением но-
минального тока и током срабатывания расцепителя, полным
нременем срабатывания.
Автоматические выключатели выбирают следующим обра—
а°м; номинальный ток автомата должен быть не меньше
95
действующего значения тока защищаемой цепи, который опре^
деляется по номинальному току нагрузки с учетом возможных
эксплуатационных перегрузок; номинальное напряж.е^
ние — не меньше номинального напряжения сети; ток сра_
батывания электромагнитного расцепителя Не
должен превышать /а. доп вентиля с учетом кратковременной
перегрузки.
В преобразователях с кремниевыми вентилями применяются
автоматы типа АП50—ЗМ, АК50—ЗМ и А3100 при напряже-
нии переменного тока до 380—500 В и постоянного тока ц0
220 В. Время срабатывания составляет 0,015—0,017 с для
автоматов серий АП50,АК50 и 0,01—0,02 с для автоматов
типа АЗ 110 и АЗ 120. Включают указанные автоматы непо-
средственно от руки.
Для мощных полупроводниковых преобразователей можно
использовать быстродействующие автоматические выключатели
типа ВАБ, предназначенные для защиты ртутных преобразова-
телей. Технические данные этих автоматов приведены в /97.
В настоящее время электропромышленность СССР начала
выпуск автоматических выключателей типа А3700, предназ-
наченных для защиты электрических установок от перегрузок
и коротких замыканий в цепях постоянного тока напряжением
до 440 В и переменного тока до 600 В, на номинальный ток
от 160 до 630 А. Автоматы этой серии могут быть использо-
ваны для защиты полупроводниковых преобразователей, время
отключения их составляет 10—15 мс.
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Импульсы обратного напряжения, превышающие нормальную
величину периодически прикладываемых допустимых обратных
напряжений, могут разрушить вентиль, поэтому необходимо
принимать специальные меры для защиты силовых вентилей от
перенапряжений. Причинами перенапряжений могут быть от-
ключение или включение силового трансформатора на холостом
ходу, отключение в цепи постоянного тока, перегорание плав-
ких вставок, а также перенапряжения, вызываемые коммута-
цией тока с одного вентиля на другой.
Коммутационные перенапряжения обусловлены тем, что при
закрытии полупроводникового вентиля прямой анодный ток
резко спадает к нулю, и когда напряжение становится обрат-
ным, накопившиеся в р-п переходе положительные носители
тока (дырки) создают обратный ток, который ограничивается
96
только сопротивлением трансформатора. С окончанием реком—
Знании ’’дырок” обратный ток 'обрывается', что вызывает
р кривой обратного напряжения появление начального скачка,
превышающего расчетное значение UОбр. макс > который может
Глривести к пробою вентиля.
Для защиты от внутренних перенапряжений, возникающих
в момент закрывания вентилей, применяют демпфирующие
RC- цепочки из последовательно соединенных конденсатора С и
iрезистора R, включаемые параллельно вентилям. В момент
’закрытия диода или тиристора обратный ток коммутируется из
цепи вентиля в 7? С-цепочку.
Заряд емкости при этом носит колебательный характер, что
способствует более быстрому рассеиванию основных носителей
зарядов р-п переходов, поэтому ускоряется процесс запирания
вентилей, что приводит к уменьшению коммутационных перена-
пряжений.
Для диодов типа ВК2—200 и тиристоров Т—150 рекомен-
дуется S4J принимать предварительные значения емкости и
сопротивления /?С-цепочки в пределах С = 0,25-г-2 мкФ;
/?==5-*- 40 Ом.
Особое внимание следует обращать на перенапряжения,
вызванные включениями и отключениями первичной обмотки
ненагруженного трансформатора преобразователя. Возникнове-
ние таких перенапряжений, называемых внешними, связано
С наличием в цепях трансформатора индуктивностей (намагни-
чивания Lo и рассеяния Ls) и емкостей между секциями об-
моток.
Для уменьшения внешних перенапряжений применяют за-
щитные RC- цепочки, включаемые на стороне переменного или
постоянного тока преобразователя. При подключении ЯдСрце-
Почек ко вторичным обмоткам трансформатора (рис. 37, а)
Получаются относительно большие Потери энергии, которые
•вызывают дополнительный нагрев преобразователя. Кроме
того, габариты защитного устройства становятся значитель-
ными, так как необходимо применять в качестве емкости С]
U2 л. макс
громоздкие металлов; .лажные конденсаторы на V
и резисторы R\ на большую мощность рассеяния.
раб
Для уменьшения потерь в элементах защитных RC-цепочек
Неуправляемых преобразователей конденсатор С р можно вклю-
Чить на выходе постоянного тока (рис. 37, а). Это позволяет
рспользовать в устройствах защиты менее громоздкие элек-
трические конденсаторы. В преобразователях на тиристорах
3( Штный конденсатор Ср включают на стороне переменного
тока (рис. 37, б) через вспомогательный выпрямитель На
маломощных полупроводниковых диодах.
При возникновении перенапряжений их энергия будет погдо-
щаться конденсатором Ср, преобразуясь в энергию электриче-
ского поля, которая затем рассеивается на резисторе
Рис. 37. Защита вентилей преобразователя от внешних перенапряжений.
а — неуправляемого; б — полностью управляемого.
Резистор ограничивает ток через вентили диодного моста
при включении трансформатора на незаряженный конденса-
тор Ср.
Параметры защитной цепи определяются из наиболее опас-
ного режима — отключения трансформатора на холостом ходу,
когда перенапряжения могут во много раз превышать рабочее
напряжение на вентилях преобразователя - по формулам:
емкость конденсатора, мкФ,

(59)
98
сопротивление, Ом,
7?д~17О
^2ф
X 4н
(60)
где Л. х - ток холостого хода трансформатора, % номинального;
/2Н и 472ф— номинальный ток и фазное напряжение вторичной
обмотки трансформатора.
Разрядное сопротивление /?р, подключаемое параллельно
конденсатору Ср, выбирается из условия, чтобы постоянная
контура разряда Tf = CfRp составляла 1—8 с.
Номинальное напряжение конденсатора Ср должно быть
больше амплитуды выпрямленного напряжения защитной цепоч-
ки, т. е.
^Раб>2,6С72ф .	(61)
Формулы (59) и (60) могут служить только для предвари-
тельного расчета значений емкости Ср и сопротивления . При
наладке схемы преобразователя необходимо производить кор-
ректировку параметров защитных цепочек.
8. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ТИПЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ
АГРЕГАТОВ
Преобразователи на силовых полупроводниковых вентилях,
главным образом на кремниевых, нашли широкое применение
во многих отраслях народного хозяйства: в устройствах энер-
госнабжения и электрической тяги железнодорожного и город-
ского транспорта, в электроприводе различных производствен-
ных механизмов, электрометаллургии, электрохимии и т. д.
Преобразовательные агрегаты представляют собой ком-
плектные устройства, содержащие собственно выпрямитель,
систему управления, устройства защиты и охлаждения силовых
вентилей.
В зависимости от назначения и области применения к пре-
образователям с полупроводниковыми вентилями предъявляют-
ся различные требования по выходным параметрам, энергети-
ческим показателям, массе и габаритам, стоимости и др.
В Выполнение этих требований приводит к разнообразным техни-
ческим и конструктивным решениям для преобразователей раз»
личного назначения.
Выпрямители без стабилизации выходного на-
пряжения используются как источники питания цепей управ-
ления, для питания цеховых сетей постоянного тока, отдельных
электродвигателей и др. Мощность таких выпрямителей нахо-
дится в пределах от единиц до нескольких сотен киловатт.
Некоторые выпрямители имеют подрегулировку выходного
напряжения, производимую с помощью ответвлений на обмотках
силового трансформатора.
Выпрямители со стабилизацией выходного на-
пряжения используются как источники опорного напряжения
в системах автоматического управления и как источники пита-
ния, обеспечивающие заданное протекание технологического
процесса. Промышленность выпускает силовые выпрямители
с дроссельным и тиристорным регулированием, их мощность не
превышает 50 кВт, значения номинальных выходных напряже-
ний составляют 36, 115, 230 и 340 В. Если силовые выпря-
мители предназначены для зарядки аккумуляторных батарей
или для питания электролизных установок, то они оборудуются
системой автоматической стабилизации выходного тока.
На базе силовых кремниевых вентилей в настоящее время
созданы и выпускаются промышленностью малогабаритные
выпрямители для электросварки на постоянном токе. Такие
выпрямители позволяют просто регулировать ток сварки в
широком диапазоне и имеют небольшую мощность холостого
хода.
С развитием силовой полупроводниковой техники в автома-
тизированном электроприводе происходят качественные изме-
нения. Релейно-контактная аппаратура, система АД-Г, ртутные
выпрямители, силовые магнитные усилители заменяются тири-
сторными преобразователями. Это позволяет существенно
повысить надежность электропривода, добиться лучших тех-
нико-экономических показателей, увеличить степень автома-
тизации. Для использования в электроприводе промышленно-
стью выпускаются тиристорные преобразователи серий П 1 Т
и ПТТР, а также комплектные тиристорные агрегаты АТ и
АТР на их основе. Эти установки предназначены для преобра-
зования трехфазного переменного напряжения частотой 50 Гп
в регулируемое по значению и направлению (только для ПТТР)
выпрямленное напряжение и применяются для питания якорных
цепей двигателей постоянного тока, обмоток возбуждения
генераторов (в системах Г-Д) и двигателей (в системе ТП—Д
100
цЛиГ — Д), а также в качестве регуляторов напряжения в цепях
с активной и активно-индуктивной нагрузкой.
По исполнению тиристорные преобразователи подразделя-
ются на реверсивные (ПТТР) и нереверсивные (ПТТ). Такие
Преобразователи являются составной частью комплектных
тиристорных агрегатов типа АТ и АТР.
Тиристорные преобразователи и агрегаты могут питаться:
рт сети напряжением 3*380 В через анодные реакторы или
через силовой трансформатор, от сети напряжением 3*10 кВ
через силовой трансформатор.
Преобразователи выпускаются с воздушным охлаждением
силовых блоков от индивидуальных вентиляторов. Допускается
также охлаждение от внешней системы вентиляции. Типовое
обозначение преобразователей и агрегатов расшифровывается
следующим образом:
А — агрегат (/7—преобразо-
ватель)
тиристорный
трехфазный
без буквы - нереверсивный,
с буквой Р - реверсивный для
питания якорных цепей; с бук-
вой В — нереверсивный для
питания обмоток возбуждения
номинальное выпрямленное
напряжение, В
максимальный ток 10-секунд-
ной перегрузки, А
ВЫПРЯМИТЕЛИ БЕЗ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
В качестве источников питания постоянного тока в ряде
случаев применяют простейшие выпрямители, состоящие из
силового трансформатора и блока вентилей, собранных чаше
всего по трехфазной мостовой или нулевой с уравнительным
Реактором схемам.
На рис. 38, а показана принципиальная схема силовой
'всти выпрямительного агрегата мощностью 42 кВт, предназ-
101
Рис. 38. Выпрямительный агрегат без стабилизации выходного напряжения-
а — схема силовых цепей; б — внешние характеристики; в—зависимость к.п.д. и к
фициента мощности от нагрузки.
каченного для питания двигателей постоянного тока низкого
напряжения.
Выпрямительный блок собран по трехфазной нулевой схеме
с уравнительным реактором и укомплектован вентилями типа
ВК2—200. Из конструктивных соображений вентили собраны
так, что их аноды образуют минус, а средняя точка УР —
длю с схемы выпрямления. Агрегат имеет принудительное
охлаждение от электровентилятора и снабжен ветровой защи-
той, предотвращающей включение выпрямителя при отсутствии
потока охлаждающего воздуха.
Максимальный допустимый ток агрегата 2400 А, номи-
нальное выходное напряжение 52 В. На первичной обмотке ТС
имеются ответвления, с помощью которых можно регулировать
(при обесточивании нагрузки на время переключения) выходное
напряжение на +5 и -10% номинального значения.
Защита агрегата от длительных перегрузок и коротких
аалыканий осуществляется автоматическим выключателем АВ,
который имеет тепловой и максимальный расцепители. От
внешних перенапряжений вентили защищаются RC- цепочками.
Для зашиты от возможных помех радиоприему имеются кон-
денсаторы Сф на стороне сети и отходящей линии постоянного
"'ока.
На рис. 38,6 показаны внешние характеристики выпрями—
теля, а на рис. 38, в — зависимости к. п. д. и коэффициента
мощности от нагрузки. Агрегат Имеет высокие энергетические
|оказатели, прост в обслуживании и надежен в эксплуатации.
ВЫПРЯМИТЕЛИ СО стабилизацией выходного напряжения
Для стабилизации напряжения силовых выпрямительных
агрегатов они снабжаются системой автоматического регули—
Вования, воздействующей на исполнительный орган — тиристоры
<хемы выпрямления или дроссели насыщения, включаемые по-
следовательно с силовыми неуправляемыми вентилями.
На рис. 39, а представлена схема выпрямительного агре—
рата типа ВАЗ—35/310 — ВАЗ—75/245, предназначенного для
₽арядки кислотных аккумуляторных батарей. Агрегат рассчи—
Ван на питание от сети переменного тока напряжением 380 В
с нулевым выводом и имеет два режима работы:
в первом режиме заряд батарей осуществляется при стаби-
Кзации зарядного тока около 15—35 А, выпрямленное напря-
Вение при этом растет по мере заряда батареи от 100 до
32О В (рис. 39,6, зона /);
юз
В UcL
Рис. 39. Выпрямительный агрегат с дросселями насыщения для зарядки акку*
муляторных батарей.
а — схема; б — внешние характеристики; / — область стабилизации тока при изменении
напряжения от 100 до 320 В, // — область стабилизации напряжения при изменении то *
от 0 до 75 А, /// — область стабилизации тока при изменении напряжения от 0 до 220
/V — токовая отсечка.
во втором режиме заряд батарей осуществляется при ста-
билизации выпрямленного напряжения в пределах 220-245 В,
ток при этом изменяется от номинального 75 А до О по мере
^заряда батареи (рис. 39,6, зона II).
Переключение с первого режима на второй производится
перестановкой перемычек /71 —	— Пз и переключением тум-
блера ГИД. Агрегат может быть использован и для других по-
требителей постоянного тока, где необходимы Ud ст = 220-i-
245 В при /</<^ 75 А или Ider = 15-:-35 А при 310В.
Регулирующим элементом агрегата является силовой маг-
нитный усилитель (СМУ), рабочие обмотки Wp которого вклю-
чены последовательно с кремниевыми вентилями В1 — В2, сое-
диненными по мостовой схеме. Напряжение на выпрямитель
Iподается с трехфазного трансформатора Тр от вторичных
обмоток 1Дг в режиме стабилизации напряжения и w2 4~ w3 при
стабилизации тока. По рабочим обмоткам СМУ проходит пуль-
сирующий ток, пропорциональный току нагрузки (см. рис. 11, г),
и подмагничивает сердечники магнитного усилителя.
Для управления выходными параметрами СМУ имеет три
обмотки управления: управляющую wy, ток в которую
поступает от трехфазного выпрямительного моста на вентилях
ВЗ — В4 через трехкаскадный усилитель постоянного тока на
транзисторах Т— Т—Т3, включенных по схеме с общим
эмиттером; смешения ьусм, питаемую от того же моста через
сопротивление Ru и служащую для выбора начальной рабочей
точки на характеристике /7нагр = f(Uy ) магнитного усилителя;
демпфирующую для предотвращения колебаний выходно-
го напряжения СМУ. Напряжение на выпрямительный мост
ВЗ — В4 подается с обмоток W4 силового трансформатора.
В схеме агрегата имеются два датчика регулирующих
сигналов: датчик тока (ДаТ) и датчик напряжения (ДаН).
Датчиком сигнала тока Id служит дроссель насыщения ДН,
Выпрямительный мост В5 и конденсатор С\. Рабочая обмотка
Wp дросселя питается от обмотки трансформатора Тр, токо-
вая обмотка Wy. т включена в цепь нагрузки силового выпрями-
теля, обмотка напряжения wy. н замкнута на демпфирующую
Обмотку СМУ.
Датчиком сигнала напряжения Ud служит мостик, состоя-
®Ый из резисторов Rs, Ri, кремниевых стабилитронов Д3, Де и
конденсатора С?. Сигнал на мостик подается с выхода агре-
гата через делитель напряжения, состоящий из сопротивлений
&ю, Кп, и далее через регулятор напряжения 7?is и резис-
Т°Р Д9-
105
Выходы датчиков нагружены через встречно включенные
диоды Д3 и Д4 на резистор Дб- В режиме стабилизации тока
датчик напряжения ДаН отключается тумблером /7/7]. При
стабилизации напряжения сигнал от ДаН в рабочем диапазоне
изменения тока нагрузки (до 75 А) больше, чем сигнал от
ДаТ, поэтому сигнал от датчика тока оказывается запертым
диодом Д4. При токах нагрузки, превышающих 75 А, сигнал от
ДаТ становится больше, чем от ДаН, и происходит токовая
отсечка (ограничение величины Id—см. рис. 39,6, зона /V),
так как ДаН запирается и агрегат работает как стабилизатор
тока.
Стабилизация тока осуществляется следующим обра-
зом. Пусть ток на выходе агрегата увеличился, тогда возра-
стает подмагничивание дросселя ДН, вследствие чего умень-
шится его индуктивное сопротивление и увеличится напряжение,
подаваемое на выпрямительный мост В*,, а следовательно, и на
выходе ДаТ (диодД4). Это вызовет уменьшение напряжения
на входе первого каскада усилителя постоянного тока, так как
на базу транзистора Ti поступает разность двух напряжений:
эталонного с кремниевого стабилитрона Д% и напряжение сиг-
нала с ДаТ, причем эталонное напряжение всегда больше
напряжения сигнала. При уменьшении напряжения на базе
транзистор Т\ будет закрываться, это приведет к возрастанию
напряжения на базе транзистора Т% и'к уменьшению напряже-
ния на входе транзистора 7’3. Сопротивление цепи эмиттер-
коллектор Т’з возрастет, а это приводит к уменьшению тока в
обмотке управления СМУ, индуктивное сопротивление рабочих
обмоток магнитного усилителя будет возрастать, а ток на-
грузки 1л уменьшаться.
В режиме стабилизации напряжения схема работает
следующим образом: если по каким-либо причинам напряжение
на выходе агрегата уменьшилось, то уменьшится напряжение
на измерительном мостике Д6— Д$— Ri— Де и на выходе
ДдН (диодДз). Напряжение, подаваемое на базу транзистора
Tlt увеличивается (так как Дб. -п = «Эт— ыдаН ), что приведет
к срабатыванию полупроводникового усилителя и увеличению
тока в управляющей обмотке СМУ. Индуктивное сопротивление
рабочих обмоток СМУ уменьшится, и напряжение на выходе
агрегата возрастет до прежнего значения.
Значение выпрямленного напряжения и тока устанавлива-
ется при помощи регуляторов напряжения 7? 13 и тока Rn- Ток
стабилизируется в процессе заряда с точностью + 5% при
изменении напряжения на нагрузке от 100 до 320 В и одно-
106
еменном изменении напряжения сети на 15% номинального
Значения 380 В. Напряжение стабилизируется в процессе
заряда с точностью ±2% при изменении нагрузки от О до 100%
Ц одновременном изменении напряжения сети на ± 5%.
Охлаждение силовых вентилей В1 — В2 воздушное принуди-
тельное от вентилятора, вращаемого однофазным двигателем Д.
Зашита агрегата от перегрузок по току осуществляется макси—
к|лальным реле РТ (на схеме рис. 39, а не показано), от ко-
ротких замыканий в силовом выпрямителе и трансформаторе —
автоматическим выключателем АВ типа АЗ 100.
ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
D
В течение последних лет в нашей стране проводится значи-
тельная работа по проектированию и изготовлению различных
^тиристорных электроприводов постоянного тока. Большое рас-
пространение получили тиристорные приводы серий ПТЗ и
ЩТЗР, которые предназначены для регулирования скорости
механизмов подач металлорежущих станков и других рабочих
маи ин с высокой точностью 5—10% и в широком диапазоне
'регулирования частоты вращения двигателя (Д = 200-1-2000).
Приводы имеют нереверсивное (ПТЗ) и реверсивное
(ПТЗР) исполнение и поставляются заказчику комплектно.
В комплект привода входят: тиристорный преобразователь,
электродвигатель постоянного тока типа ПБСТ со встроенным
эхогенератором, силовой трехфазный трансформатор типа ТТ,
задатчик скорости типа ПП26 или ПП60. Для реверсивного
исполнения поставляются два уравнительных дросселя 787.
Рассмотрим принципиальную схему и характерные особен-
рсти элементов привода серии ПТЗ (рис. 40).
I Силовой трехфазный трансформатор (ТС) серии ТТ приме-
Вяется для согласования напряжения двигателя с напряжением
Ввти и ограничения тока короткого замыкания. Трансформато-
Ьд серии ТТ — трехобмоточные. Вторичная обмотка обеспечи—
. ет получение напряжений двигателя 110 и 220 В при вклю-
ении выпрямителя по трехфазной нулевой или мостовой схе-
мам. Третья обмотка мощностью 0,6 кВ • А служит для питания
-епей управления и возбуждения двигателя и тахогенератора.
) Тиристорный преобразователь включает: тиристоры Т\ — Т6
* системой управления, которая состоит из блоков БПН, БУ1 и
; промежуточный транзисторный усилитель ПУ, источники
“гания обмоток возбуждения двигателя Д, тахогенератора ТГ,
107
Рис. 40. Принципиальная схема нереверсивного привода серии ПТ.З.
релейно—контактной аппаратуры (выпрямитель В1), регулятора
скорости PC (выпрямитель В2) и полупроводниковых устройств
(выпрямители ВЗ и В4).
В приводе ПТЗ применяется трехфазная мостовая схема
выпрямления для наиболее полного использования по мощности
двигателя и силового трансформатора. В приводе ПТЗР для
уменьшения числа тиристоров используют трехфазную нулевую
встречно-параллельную схему преобразователя [BJ.
Управление тиристорами осуществляется от полупроводни-
ковой СУ. Каждый тиристор имеет индивидуальный канал
управления (см. рис. 30, а). Конструктивно СУ тиристорами
выполнена в виде трех блоков: блока пилообразного напряжения
БПН для всех шести тиристоров (см. рис. 32) и двух строен-
ных блоков управления БУ1 и БУ2 для тиристоров анодной
(Т2—Т^—Т6) и катодной (Г] — Т3 — Т5) групп (см. рис. 40).
| Регулирование фазы отпирающих импульсов на тиристорах
осуществляется постоянным напряжением Ucy , снимаемым с
выхода промежуточного усилителя ПУ, который выполнен на
кремниевых транзисторах по балансной схеме и состоит из
I трех каскадов /8, рис. 77. Усилитель имеет три входа:
10, 11 — для основного сигнала [7у, обусловленного разностью
задающего С/зад. снимаемого с потенциометра PC, и напряже-
ния обратной связи [/0. с, снимаемого с тахогенератора ТГ;
23 — 24 — для сигнала токоограничения, поступающего с блока
БТО. 12 —13 — для сигнала гибкой обратной связи, подаваемо-
го с корректирующего устройства КУ (на рис. 40 не показано).
Система токоограничения показана на рис. 40 и состоит из
трех трансформаторов тока ТТ\—ТТ3, первичные обмотки
которых включены последовательно со вторичными обмотками
трансформатора ТС, а соединенные в звезду вторичные — на
Втрехфазный мостовой выпрямитель с емкостным фильтром. При
Достижении током двигателя установленного значения (1а =
в /d отс) стабилитрон Д2> разделяющий выход блока БТО и
Вход усилителя ПУ, пробивается. С увеличением тока двига-
теля ldZ>Id отс возрастает напряжение, поступающее на вход
v3 — 24 усилителя, и сигнал Vсу на выходе77У резко снижается,
Жто приводит к увеличению угла управления а выпрямителя
V соответствующему снижению напряжения на якоре Д. при
Втором ток двигателя / d равен току уставки Id уст • Значе-
ние Id уст регулируется изменением положения движка потен-
циометра блока БТО.
Тиристорные электроприводы серии ПТЗ представляют
Собой замкнутую систему автоматического регулирования
109
с обратной связью по частоте вращения. Пуск двигателя осу_
ществляется подачей задающего напряжения на регулятор
скорости PC и напряжения питания на блоки БУ1 и БУ2 систе-
мы управления при предварительно включенных: силовом транс-
форматоре и промежуточном усилителе. При пуске на большие
частоты вращения, а также при перегрузках двигателя в дей-
ствие вступает токовая отсечка, ограничивающая ток якоря до
установленной величины.
При изменении задающего напряжения Uэад, соответствую-
щего снижению частоты вращения двигателя, или при его
остановке изменяются полярность и значение напряжения на
входе усилителя ПУ(Uy = (7зад — Uo. с), при этом срабатывает
поляризованное реле РП{рис. 40), которое через промежуточ-
ное реле РТ включает контактор Т, и двигатель переводится
в режим динамического торможения, а тиристоры Т\ — Т6
закрыты, так как отключается контактор Л и (7зад =0.
Защита силовых элементов преобразователя при коротких
замыканиях и при длительных перегрузках Двигателя осуще-
ствляется автоматическим выключателем АВ\ с комбинирован-
ным расцепителем.
ВЫПРЯМИТЕЛИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСВАРКИ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ
В качестве регулирующего органа в выпрямителях для
электросварки применяются как дроссели насыщения, так и
тиристоры. По сравнению с машинными сварочными агрегатами
постоянного тока сварочные выпрямители имеют следующие
преимущества: меньшую массу и размеры, отсутствуют враща-
ющиеся части, более высокий к. п. д. и др.
Ниже в качестве примера рассмотрен выпрямитель типа
ВДУ—504 (рис. 41) для дуговой сварки. Ег основные техни-
ческие данные:
Номинальная мощность.................... 40,5	кВ*А
Питающая сеть:
количество фаз.......................... 3
напряжение (линейное), В.............. 380/220
частота, Гц............................. 50
потребляемый ток, А................... 60/105
Максимальное вторичное напряжение на
холостом ходу, В................ 80
Номинальный ток сварки, А........ 500
Номинальное выпрямленное напряжение,	В	50
Продолжительность цикла сварки, мнн	...	10
Размеры (высота х глубина х ширина), мм 1275x816x040
Масса, кг........................ 400
110
Преобразователь предназначен для однопостовой механизи-
рованной сварки выпрямленным током в среде СО2 газа или
под флюсом, а также для ручной дуговой сварки штучными
электродами. Агрегат передвижной, предназначен для работы
на промышленных предприятиях, обеспечивает плавное регули-
рование сварочного тока и напряжения при падающих и жестких
внешних характеристиках.
Силовой выпрямительный блок (рис.41,а) состоит
из шести тиристоров Т\— Т6 типа Т—160, собранных по трех—
фазной схеме с уравнительным дросселем Др1. Питание выпря-
мителя осуществляется от трехфазного трехобмоточного транс-
форматора Тр1, первичные обмотки которого в зависимости от
режима сварки соединяются: в треугольник для получения
жестких и падающих внешних характеристик диапазона I(Uа -
= 5Оч-27 В при Id = 5ОО-С-25О А) и в звезду для диапазона
II жестких характеристик ( Ud = 27-5-18 В при Id = 25Оч-
1ОО А). Указанные характеристики изображены на рис. 41,6.
Переключение обмоток Тр1 производится переключателем
ВП. Включение агрегата в сеть осуществляется автоматом Л В,
пуск выпрямителя — нажатием кнопки П, при этом срабатывает
магнитный пускатель IlMi и подает питание на двигатель вен-
тилятора ЭВ, осуществляющий принудительное воздушное охла-
ждение тиристоров, и вспомогательные трансформаторы Тр2,
ТрЗ и Тр4 (на схеме рис. 41, а показан только ТрЗ).
При нормальном вращении вентилятора поток воздуха вклю-
чает ветровое релеРВ, в результате включается пускатель ПМ2
и получает питание первичная обмотка трансформатора Тр1.
Система управления включает в себя следующие узлы:
Фазосдвигающее устройство состоит из 12 обмо-
ток вспомогательного трансформатора ТрЗ, шести диодов Д и
резисторов R. Обмотки ТрЗ-П включены в шестифазную звезду
и создают шестифазное синусоидальное основное опорное на-
пряжение Доен (рис. 42, а). Обмотки ТрЗ-Ill подключаются
к соответствующей основной обмотке ТрЗ-//через диод и рези-
стор и создают шестифазное разрешающее напряжение ираз »
сдвинутое по фазе на 60° по отношению напряжения ДОсн •
В результате сложения напряжений ираэ и «Осн формиру-
ется шестифазное переменное напряжение иу лэ . на которое
накладывается управляющее постоянное напряжение Uy, изме-
няемое по величине, под действием которого происходит сме-
щение переменного напряжения по отношению оси абсцисс
(рис. 42,6). Благодаря такому включению основных и разре-
обмоток
шающих
прохождение тока через основную обмотку
111
Рис. 41. Сварочный выпрямитель типа ВДУ-504 на тиристорах,
а — принципиальная схема; б — внешние характеристики агрегата.
будет определяться проводящим полупериодом соответствую-
щей обмотки.
Узел напряжения управления предназначен для
получения регулируемого 17у> подаваемого в фазосмещающее
устройство, которое представляет собой сумму встречно-
включенных напряжений: стабилизированного напряжения сме—
Рис. 42. Кривые напряжений на элементах системы управления
тиристорами агрегата ВДУ-504.
8
щения UCM , снимаемого с резистора R$, и регулируемого зада-
ющего напряжения U3.
Напряжение Uc„ вводится для расширения диапазона регу-
лирования Uа при получении падающих характеристик [7d=/(/d)
агрегата. Напряжение U 3 представляет собой усиленную тран-
зистором П1\ разность напряжений: напряжения сравнения 17 ср,
снимаемого с регулятора /?рег, и напряжения сигнала обратной
связи Vо. с .поступающего с выхода/—2магнитного усилителя
УМ, токовая одновитковая обмотка управления которого вклю-
чена в цепь нагрузки агрегата (рис. 41, а).
Узел формирования сигналов управления ти-
ристорами состоит из шести логических элементов типа
М—403, представляющих собой усилитель постоянного тока
с инверсным выходом. На вход каждого элемента подается
изменяющийся по фазе сигнал иу лэ (рис. 42, б), образованный
совместным действием узлов формирования шестифазного
синусоидального и управляющего напряжений.
С выхода логических элементов на управляющие электроды
тиристоров поступают прямоугольные импульсы иу. т управляю-
щего напряжения (рис. 42, в) в соответствии с фазировкой
силовой цепи сварочного выпрямителя.
Работа схемы управления. Получение падающих внешних
характеристик достигается при соединении первичных обмоток
трансформатора Тр1 в треугольник и ТрЗ— в звезду, а также
подключением датчика обратной связи (магнитного усилителя
УМ с выпрямителем В1 и фильтром RC) на сопротивление
/?6узла управления.
Начальный угол управления тиристорами при этом состав-
ляет ао~ЗО°, выпрямленное напряжение при холостом ходе
UdX = 75 В- Значение тока сварки регулируется потенциоме-
тром RpeT. При достижении выпрямленным током определенно-
го значения возрастает сигнал обратной связи U0. с, что приво-
дит к уменьшению отрицательного напряжения на базе триода
/77"1И росту напряжения U3 на резисторе R^. Напряжение управ-
ления Uу, равное разности Ucu—U3, будет уменьшаться, это
вызовет увеличение угла « и снижение выпрямленного напря-
жения Ud (рис. 42, г).
Для получения жестких характеристик диапазона 1 датчик
обратной связи отключается (выключатель/?/7г), а в диапазоне
11 к тому же первичные обмотки трансформатора Тр1 соеди-
няются в звезду, что вызывает уменьшение вторичного напря-
жения в >л3 раз. Начальное напряжение Ud определяется
значением /7ср, снимаемого с /?рсг. Жесткость внешних харак-
114
теристик Ua=f(ld) будет зависеть от падения напряжения
в силовой цепи преобразователя.
Защита выпрямителя от токов короткого замыкания осуще-
ствляется автоматом ЛВ (/„= 100 А, /уст. 9ЛМ =430 А). Дви-
гатель вентилятора, вспомогательные трансформаторы и дру-
гие элементы схемы управления защищаются плавкими предо-
хранителями Z7/71.
Для защиты силового выпрямителя и двигателя ЭД от дли-
тельных перегрузок (20—30% номинального тока) пускатели
ИМ] и ПМ2 имеют тепловые реле (на схеме рис. 42, а не
показаны). Защита тиристоров от коммутационных перенапря-
жений осуществляется цепочками RK Ск. Для защиты от помех
радиоприему, создаваемых при сварке, силовой выпрямитель
снабжен емкостным фильтром Ci — С3.
9. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
ОХЛАЖДЕНИЕ СИЛОВЫХ ВЕНТИЛЕЙ
Для обеспечения надежной работы и использования силовых
полупроводниковых вентилей на полную мощность необходимо
принимать меры для дополнительного отвода тепла - охлаж-
дать вентили. Наиболее широко применяются два способа
охлаждения: воздушное и жидкостное (водяное или масляное).
При воздушном охлаждении применяются охладители в фор-
ме пластин (рис. 43, а) для вентилей на ток 10-25 А и
специальные охладители, имеющие массивное основание с
резьбовым отверстием под шпильку на аноде (у тиристоров)
или катоде (у диодов) вентиля и перпендикулярно к основанию
расположенные ребра для увеличения поверхности охлаждения
(рис. 43, б).
Такие охладители часто называют радиаторами и применя-
ются они для вентилей на ток от 50 до 320 А. В основании
радиатора имеются Два параллельных отверстия для крепления
вентиля и ушко для присоединения токопровода. Радиаторы
изготавливаются из меди или силумина, обладающих высокой
теплопроводностью.
Воздушное охлаждение может быть двух видов: есте-
ственное и принудительное.
При естественном охлаждении отвод тепла осуществляется
посредством теплопроводности через слой воздуха, соприкаса-
ющийся с поверхностью охладителя. Поток воздуха должен
8*	115
06x06
Рис. 43. Общий вид и габаритные размеры охладителей к силовым вентилям.
° пластинчатый типа МП-100; б — ребристый типа M-6JI; в—-.водяной индивидуальный
охладитель типа МВ-1; г—групповой охладитель; / — вентили; 2—медная квадратная
труба с круглым отверстием; «3— штуцера для подвода и отвода воды; 4 — токосъемная
пластина.
свободно проходить параллельно плоскостям ребер охладителя
снизу вверх.
Преимуществом такого вида охлаждения являются простота
конструкции и бесшумность, высокая надежность и относитель-
но низкая стоимость, удобство эксплуатации и ремонта.
Серьезным недостатком является малая эффективность тепло-
отвода /не более 10 Вт/(м^ • °C/, вследствие чего приходится
снижать нагрузку на вентиль по току до 40% номинальной.
При принудительном воздушном охлаждении холодный воз-
дух продувается через вентиляционный канал вдоль ребер
охладителей с помощью низконапорных осевых вентиляторов.
При водяном охлаждении применяются индивидуальные
охладители цилиндрической формы (рис. 43,-в), имеющие
кольцевое углубление на верхнем основании корпуса для
ввинчивания вентиля и два штуцера с нарезкой для надевания
резиновых шлангов, или групповые охладители в виде медных
квадратных труб с круглым отверстием внутри, служащих
одновременно токопроводами (рис. 43,г). Вентили соединя-
ются с водяными охладителями при помощи резьбового соеди-
нения.
Водяное охлаждение выполняется всегда принудительным,
циркуляция воды в системе охлаждения достигается за счет
установленного в агрегате специального насоса. Такой способ
охлаждения обеспечивает интенсивный отвод тепла от вентилей
/коэффициент теплообмена при скорости воды 2 м/с составляет
примерно 650 Вт/(м^ . °С)7 и бесшумную работу преобразова-
тельного агрегата.
НЕКОТОРЫЕ ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ
Для обеспечения надежной работы преобразователей на
силовых полупроводниковых вентилях необходимо соблюдать
ряд общих эксплуатационных требований:
1.	При работе в условиях естественного охлаждения вен-
тили следует располагать таким образом, чтобы ребра радиа-
торов находились в вертикальной плоскости. При воздушном
принудительном охлаждении вентили допускают работу в любом
положении при условии параллельности ребер радиатора на-
правлению потока охлаждающего воздуха.
2.	Силовые вентили в электрошкафу следует располагать
таким образом, чтобы обеспечить беспрепятственное их охла-
ждение и предохранить от дополнительного подогрева со
стороны соседних блоков и аппаратуры.
117
3.	Во всех режимах работы преобразовательного агрегата
' значения номинального рабочего напряжения и прямого тока
вентиля не должны превышать допустимых значений, указанных
в паспорте применяемых вентилей.
4.	Силовые вентили являются герметичными приборами и
разборка их недопустима. В случае выхода вентиля из строя он
должен быть заменен вентилем того же типа и с такими же
параметрами /а. н. 1^н , и и др.
5.	При эксплуатации силовых вентилей необходимо их
периодически очищать от пыли и других загрязнений, а также
следить за тем, чтобы в окружающем воздухе не было токо-
проводящей пыли и паров кислот, щелочей и других химически
активных продуктов.
6.	Монтаж вентилей должен быть таким, чтобы обеспечи-
вался надежный электрический и тепловой контакты между
основанием вентиля и радиатором.
При воздушном охлаждении кремниевых вентилей темпера-
тура воздуха, окружающего преобразователь, не должна пре-
вышать 35 °C и ее следует измерять на расстоянии 60 мм от
радиатора со стороны входящего потока воздуха.
Для поддержания более высокого значения cos <р целесооб-
разно работать с меньшими значениями угла а или открытыми
дросселями насыщения регулируемых преобразователей, и,
если есть возможность, полностью использовать для регулиро-
вания Ud ответвления на обмотках силового трансформатора с
подрегулированием выпрямленного напряжения изменением
угла а на каждой ступени t/j-
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
На каждый преобразовательный агрегат должна быть
местная инструкция по эксплуатации, составленная на основа-
нии рекомендаций завода—изготовителя и опыта эксплуатации.
Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала
корпус преобразователя должен быть надежно заземлен. При
работе выпрямителя стенки кожуха должны быть закрыты. При
необходимости снятия стенок для ремонта прежде следует
отключить преобразователь от сети.
Вспомогательные цепи выпрямителей, электрически соеди-
ненные с катодами силовых вентилей, например блоки системы
управления тиристорами, должны получать питание от специ-
альных разделительных трансформаторов. ‘
118
Если возникает необходимость осмотреть силовой блок
преобразователя, когда его система управления находится под
напряжением, то это следует делать стоя на диэлектрическом
коврике, не касаясь шкафа одновременно двумя руками и поль-
зоваться инструментом или проводами от измерительных при-
боров с изолированными ручками.
Работы по наладке и испытанию преобразователя (фазиров-
ка, проверка равномерности нагрузок по фазам и др.) органи-
зуются и проводятся как "работы без снятия напряже-
ния с установки". При этом следует применять токоизоли—
руюшие клещи, разделительные трансформаторы, диэлектриче-
ские перчатки и галоши.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Алексеева Н.А., Андреев Г. И., Морговский Ю. Я. Ти-
ристорные регулируемые электроприводы постоянного тока.
М„ "Энергия", 1970. 136 с.
2.	Геллер И. X. Селеновые выпрямители. М., "Энергия",
1964. 24- с.
3.	Глух Е. М„ Зеленов В. Е. Защита полупроводниковых
преобразователей. М., "Энергия", 1970. 152 с.
4.	Система постоянного тока на тиристорах. М„ "Энер-
гия", 1966. 104 с. — Авт.: В.А. Найдис, А.М. Лебедев,
Р. Т. Орлова, В. Ф. Юферов.
5.	Преображенский В. И. Выбор полупроводниковых вен-
тилей для электроприводов. М., "Энергия", 1971. 80 с.
6.	Преображенский В. И., Зимин Е. Н. Силовые кремние-
вые вентили. М., "Энергия", 1971. 80 с.
7.	Ситник Н.Х. Силовая полупроводниковая техника.
М„ "Энергия", 1968. 320 с.
8.	Комплектные тиристорные регулируемые электропри-
воды серии ПТЗ и ПТЗР. М., "Информэлектро", 1969.
16 с.
9.	Полупроводниковые выпрямители, под ред. Ф. И. Кова-
лева. М., "Энергия", 1967. 480 с.
1О.	Тиристорные преобразователи ПТТ, ПТТР и агрега-
ты АТ, АТР на их основе. М., "Информэлектро", 1969.
116 с.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие........................................   3
1.	Способы преобразования переменного тока в посто-
янный .............................................. 5
2.	Устройство и основные данные полупроводниковых
вентилей ........................................... 7
3.	Основные схемы выпрямления однофазного и трех—
фазного тока....................................... 20
4.	Работа выпрямителя на нагрузку различного харак-
тера .............................................. 48
5.	Внешние характеристики и энергетические показа-
тели преобразователей ............................. 64
6.	Системы управления преобразователями на тирис-
торах ............................................. 76
7.	Защита преобразовательных	установок............. 90
8.	Промышленные типы преобразовательных установок 99
9.	Эксплуатация и техника безопасности при обслужи-
вании преобразователей.............................115
Список литературы.............’.....................119
Всеволод Иванович Преображенский
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
Редактор издательства И. П. Березина
Обложка художника Н. А. Князькова
Технический редактор Н. А.Галанчева
Корректор А. К. Улегова
Сдано в набор 2/ХП 1975 г. Подписано
к печати 15/Х1 1976 г. Т-20332.
Формат 60x901/^g. Бумага офсетная № 1.
Печ.л. 7,5. Уч.-изд. л. 6,82.
Тираж 30 000 экз. Зак.2744.Цена 31 коп.
Издательство "Энергия", Москва, М—114,
Шлюзовая наб., 10
Ленинградская фабрика офсетной печати № 1
Союзполиграфпрома при Государственном Коми-
тете Совета Министров СССР по делам изда-
тельств, полиграфии и книжной торговли. 197101,
Ленинград, П-101, Кронверкская, 7.