Напряжение на тиристоре перед его включением

Для включения тиристора необходимо выполнение двух условий – должны появиться на тиристоре положительное падение напряжения между анодом и катодом и появиться ток управления в цепи управляющего электрода. Ток управления формируется системой управления тиристорами (СИФУ), напряжение на тиристоре определяется электромагнитными процессами в схеме преобразователя.

Первоначально рассмотрим интервал времени, когда в катодной группе включен тиристор V 6, а в анодной V 1 (рис. 1.3а). Найдем напряжение на тиристоре V 2. В соответствии с вторым законом Кирхгофа для контура, включающего фазу А, тиристор V 2 и ветвь, на которой напряжение равно U _K0, напряжение на тиристоре V 2:

U_{V 2} = U _A0– U _K0.    (1.2)

Так как тока в фазе А нет, то U _{А 0}= e _А.

При включенном тиристоре V 6 точки А иКсоединены, и

(1.3)

Ток фазы С i_C = i ₆ = I_d постоянный, так как ток нагрузки I_d  – постоянный. Таким образом, падение напряжения на индуктивности этой фазы L _{g C} (di_C / dt) равно нулю, и поэтому напряжение на тиристоре V 2 (рис. 1.3б):

U_{V 2} = e _А – e_C = e_AC        (1.4)

В момент времени, когда ЭДС e_AC переходит через ноль и становится положительной, выполняется первое условие для включения тиристора. Этот момент времени и есть угол α₀₂ – угол естественного включения тиристора V 2 (рис. 1.3б и рис. 1.4д). Если бы в схеме были бы не тиристоры, а диоды, то диод №2 начал бы при α₀ пропускать ток (включился).

Рис. 1.4. Диаграммы токов и напряжений для режима условного холостого хода

Аналогичным образом проводится анализ и для остальных тиристоров. В частности, при включенном тиристоре V 2 напряжение на тиристоре V 4 перед включением будет e_BA, и сдвинуто относительно e_AC на 120 град. эл. (рис. 1.4а). Следовательно, на тиристорах катодной группы преобразователя напряжения становятся положительными через 120 град. эл. На тиристорах анодной группы тоже через 120 град. эл. друг относительно друга. При принятой нумерации тиристоров моменты, когда эти напряжения становятся положительными (углы естественного включения тиристоров) для отдельных (соседних по номеру) тиристоров сдвинуты на 60 град. эл. (рис. 1.4б). Таким образом, принятая нумерация тиристоров соответствует очередности появления на тиристорах положительных напряжений. Тиристоры можно включать на всем интервале времени Δα _i – 180 град. эл. пока на них напряжение положительное (рис. 1.4б).

Токи в схеме

После того, как мы определили интервалы, когда напряжения на каждом из тиристоров будет положительным (рис. 1.4б), следует определиться с алгоритмом управления тиристорами (алгоритмом подачи токов управления на каждый тиристор), т. е. с углами запаздывания включения каждого из тиристоров. Принимаем широко применяемое в системах электроэнергетики симметричное управление тиристорами, при котором углы запаздывания включения всех тиристоров одинаковы.

В рассматриваемом режиме условного холостого хода длительность переходных процессов при включениях очередных тиристоров незначительна и переключение (коммутация) тиристоров происходит практически мгновенно. Поэтому в этом режиме всегда одновременно в схеме включено только по два тиристора (1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6, 6-1). Такой режим еще называют: «Режим 2». Диаграммы токов тиристоров приведены на рис. 1.4в. При постоянной времени нагрузки значительно большей, чем период напряжения питающей сети, в частности, при бесконечно большой индуктивности нагрузки ток тиристора имеет однополярную прямоугольную форму с длительностью 120 град. эл..

Среднее значение тока тиристора за период частоты сети:

,

(1.5)

а действующее значение:

(1.6)

Ток фазы складывается из токов двух тиристоров, например V 2 и V 5 для фазы А, и его среднее значение равно нулю, а действующее значение:

(1.7)

Допустим, в обмотке возбуждения генератора ток создается трехфазной мостовой схемой – одногрупповым преобразователем. В номинальном режиме турбогенератора ТГВ-200 ток обмотки возбуждения i _р (ток ротора) составляет 2100 А. Следовательно, ток I_d = i _р  = 2100 А, среднее за период значение тока тиристора равно 700 А, а действующее @ 1235 А. Действующее значение тока фазы 1700 А.

Ток фазы – это несинусоидальный ток. В нём кроме первой гармоники (50 Гц) присутствуют и нечетные высшие гармоники с номерами 6 k ± 1 (k = 1, 2, 3…), т. е. гармоники с номерами: 5, 7, 11, 13, 17, 19…

При угле a, равном нулю напряжение (ЭДС) фазы и первая гармоника её тока (например ток и напряжение фазы А на рис.1.4 в) совпадают по фазе. При этом в режиме 2 на стороне переменного напряжения схема не потребляет реактивную мощность. В полной мощности кроме активной присутствует и мощность искажения, обусловленная наличием высших гармоник в токе фазы.

Активная мощность преобразователя:

При увеличении угла a, появление тока в фазе задерживается на угол α и схема начинает потреблять реактивную мощность, так как первая гармоника фазного тока отстает от соответствующей фазной ЭДС. Ток I _{А 1}отстает от ЭДС e _А на угол φ = a (рис.1.4в), следовательно, cosj = cosa. Таким образом, диодный преобразователь в режиме 2 реактивную мощность не потребляет, а тиристорный потребляет, и тем большую, чем больше угол a. Следовательно, за возможность регулирования «приходится расплачиваться» потреблением реактивной мощности.