Система управления управляемого выпрямителя напряжения

Система управления управляемого выпрямителя напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое устройство относится к электротехнике, в частности к устройствам для преобразования переменного тока в постоянный, и наоборот, постоянного тока в переменный с использованием полупроводниковых приборов: транзисторов и диодов - в мостовой схеме.

Управляемые выпрямители напряжения (УВН), которые также известны под названиями: активные выпрямители или обратимые преобразователи напряжения, применяются в качестве выпрямителя для питания потребителей постоянного тока или, вместе с автономными инверторами, в составе преобразователей частоты. Основой УВН является составленный из неуправляемых диодов (Д) обычный неуправляемый выпрямитель, который теперь стали называть также неуправляемый выпрямитель тока. У УВН параллельно диодам включены транзисторы (Т), выполняющие функцию электронных ключей, проводящих ток в направлении, обратном по отношению к прямому току параллельно включенных диодов. Совокупность всех Д и Т образует вентильный коммутатор (ВК). Именно благодаря указанному устройству ВК УВН, в отличие от выпрямителей других разновидностей, обладает замечательным свойством: в управляемом режиме работы он может поддерживать требуемое значение угла ϕ₁ сдвига между синусоидальным напряжением, имеющим частоту источника переменного напряжения, к которому подключены входные зажимы УВН, и первой гармоникой входного тока УВН. В частности, когда УВН работает в качестве выпрямителя, получающего энергию от источника напряжения ИН переменного тока и передающего его потребителям постоянного тока, первая гармоника входного тока УВН совпадает по фазе с соответствующим фазным напряжением ИН, то есть угол ϕ₁ равен 0 радиан (или 0). Кроме того, УВН может работать и в качестве автономного инвертора напряжения, передающего энергию от потребителя постоянного тока к ИН. При этом первая гармоника входного тока УВН противоположна по фазе соответствующему напряжению ИН, то есть угол ϕ₁ равен π (180). В обоих случаях абсолютное значение коэффициента мощности, потребляемой от ИН или поступающей в него, равно 1, то есть имеет максимальное значение.

Для обеспечения требуемого значения угла ϕ₁ сдвига между синусоидальным входным напряжением УВН и первой гармоникой входного тока УВН и стабилизации выпрямленного напряжения U_d УВН вводят в состав системы его управления, которая кроме него и ИН содержит также управляющее устройство, выход которого подключен к управляющему входу ВК, блок управления, выход которого подключен к управляющему входу управляющего устройства, и измерительные преобразователи входных и выходных токов и напряжений УВН, выходы которых подключены к измерительным входам управляющего устройства.

В неуправляемом режиме работы, когда ток проводят только диоды ВК, транзисторы ВК нельзя включить, то есть переход к работе в управляемом режиме не может осуществиться, так как падение напряжения в открытом диоде приложено к электродам транзистора в направлении, противоположном тому, при котором транзистор переходит в проводящее состояние при подаче на него соответствующего управляющего импульса.

Входные зажимы ВК соединены с входными зажимами УВН, а выходные зажимы ВК подключены к выходным зажимам УВН, к которым подключена также его нагрузка и выходной конденсатор, который является обязательным элементом УВН и предназначен для выполнения следующих трех функций. Во-первых, это стабилизация среднего значения выходного напряжения УВН U_d на уровне, требуемом нагрузке УВН вне зависимости этого значения от тока нагрузки, и сглаживание выходного напряжения U_d УВН: амплитудные значения пульсаций его напряжения меньше тех, что допустимы для нагрузки УВН. Во-вторых, выходной конденсатор препятствует самопроизвольному возникновению неуправляемого режима работы УВН, так как напряжение U_d выходного конденсатора поддерживается на уровне, превосходящем амплитуду синусоидального напряжения ИН. В-третьих, из-за напряжения U_d выходного конденсатора, УВН, работая в качестве автономного инвертора напряжения с применением широтно-импульсной модуляции (ШИМ), формирует на входе ВК напряжение, форма которого представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой, равной U_d, но с изменяющейся по синусоидальному закону их длительностью. Частота коммутации этих импульсов , которая также называется несущей частотой, в сотни и более раз превосходит частоту ИН.

Первая гармоника входного напряжения ВК уравновешивает основную часть напряжения ИН. Помимо первой гармоники входное напряжение ВК содержит ряд высших гармоник, первые из которых имеют частоты, близкие к несущей частоте .

У однофазного мостового УВН между первым из входных зажимов УВН и первым из входных зажимов ВК включены последовательно соединенные измерительный преобразователь входного тока УВН и входной реактор, имеющий индуктивность L, а вторые из входных зажимов ВК и УВН соединены друг с другом напрямую. У трехфазного мостового УВН три фазных входных зажима УВН подключены к трем фазным выходным зажимам ИН и, через три фазных входных реактора, каждый из которых включен последовательно с измерительным преобразователем фазного входного тока УВН, к соответствующим входным зажимам ВК. Входные реакторы являются обязательными элементами УВН, которые предназначены для выполнения следующих трех функций. Во-первых, индуктивное сопротивление реактора ω₁L, где ω₁ угловая частота ИН, определяет амплитуду и фазу первой гармоники входного тока УВН, так как падение напряжения от этого тока на указанном индуктивном сопротивлении равно разности между основной частью напряжения ИН и первой гармоникой входного напряжения ВК. Во-вторых, индуктивность реактора L определяет производную по времени t входного тока i₁ УВН, в момент времени, соответствующий началу перехода во включенное состояние одного из транзисторов анодной группы ВК и одного из транзисторов его катодной группы, так как в этот момент времени к реактору подводится сумма напряжений ИН и выходного напряжения U_d УВН, и эта сумма равна . В-третьих, входной реактор сглаживает входной ток УВН и не пропускает в ИН и в другие кроме УВН потребители электроэнергии, подключенные к ИН, высшие гармонические составляющие входного тока УВН, так как индуктивное сопротивление реактора для высших гармонических составляющих входного тока УВН в сотни и более раз больше, чем его сопротивление для первой гармоники, и тем больше, чем больше номер высшей гармоники.

Известна система управления однофазного мостового УВН. Схема этого УВН и осциллограммы токов и напряжений в нем приведены в [Электротехника. - В 3-х книгах. Книга II. Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического управления / Под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 711 с., стр 445, 446 и 451, рисунок 25.3 (аналог)]. Аналог работает следующим образом: до подключения к источнику напряжение выходного конденсатора равно нулю. По команде, полученной от блока управления (БУ), начинается процесс неуправляемого заряда выходного конденсатора. Из-за пренебрежимо малого сопротивления диодов, входящих в вентильный коммутатор (ВК) выпрямителя напряжения, и отсутствия напряжения на зажимах выходного конденсатора начальная стадия этого процесса равносильна короткому замыканию источника напряжения (ИН). В результате напряжение на выходном конденсаторе начинает возрастать. Для снижения вышеупомянутых пусковых токов, во входную цепь устройства для подключения УВН, как правило, включают токоограничивающие резисторы.

Аналог работает с углом сдвига ϕ₁ между входным напряжением УВН и током, потребляемым от ИН, равным 0, или током, возвращаемым в ИН, равным π. Блок управления (БУ) подает в управляющее устройство (УУ) два массива заданных мгновенных значений входного тока УВН. Первый из них состоит из максимальных мгновенных значений этого тока, которые несколько превосходят мгновенные значения синусоидального тока, совпадающего по фазе с входным напряжением УВН в выпрямительном режиме его работы или находящегося с входным напряжением УВН в противофазе в инверторном режиме его работы. Второй массив состоит из минимальных мгновенных значений входного тока УВН, которые несколько меньше мгновенных значений указанного синусоидального тока. В моменты времени, когда значение измеренного с помощью измерительного преобразователя входного тока равно значению входного тока из второго массива, УУ подает команду на включение одного из транзисторов анодной группы ВК и одного из транзисторов его катодной группы. После этого входной ток УВН начинает возрастать. Когда он достигнет значения, входящего в первый массив, УУ подаст команду на выключение этих транзисторов. После этого входной ток УВН станет снижаться. Когда он достигнет значения, входящего во второй массив, процесс повторится.

Аналогу присущи три недостатка. Первый из них - это большой размер указанных двух массивов, что требует для составления этих массивов выполнения большого объема вычислительной работы. Второй недостаток аналога заключается в том, что в литературе пока еще не описаны проверенные на практике алгоритмы работы при других, не равных 0 или π, углах сдвига ϕ₁. Третий недостаток аналога проявляется в том, что он не обеспечивает стабилизацию среднего значения выходного напряжения УВН.

Известна также, свободная от недостатков аналога, система управления однофазного мостового УВН, которая наиболее близка по технической сущности к предлагаемому устройству и выбрана в качестве прототипа, функциональная схема которой и пояснения к ней приведены в [Электротехника. - В 3-х книгах. Книга II. Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического управления / Под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 711 с., стр. 460, 461, рисунок 25.13, (прототип)]. Система управления управляемого выпрямителя напряжения (УВН), которая содержит однофазный мостовой УВН, содержащий однофазный вентильный коммутатор (ВК), входной реактор и выходной конденсатор, а также кроме УВН управляющее им устройство, выход которого подключен к управляющему входу ВК, подключенные своими выходами к входам управляющего устройства блок управления и измерительные преобразователи входных и выходных токов и напряжений УВН, причем к управляющему входу управляющего устройства подключен первый выход блока управления, нагрузка УВН, выходной конденсатор и измерительный преобразователь выходного напряжения УВН подключены между положительным и отрицательным выходными зажимами УВН, а оба, первый и второй входные зажимы УВН соединены с выходными зажимами однофазного источника переменного напряжения или с двумя фазными выходными зажимами трехфазного источника переменного напряжения, при этом измерительный преобразователь входного напряжения подключен между первым и вторым входными зажимами УВН, первый входной зажим УВН подключен к первому входному зажиму ВК через последовательное соединение измерительного преобразователя входного тока УВН и входного реактора, а второй входной зажим УВН подключен ко второму входному зажиму ВК непосредственно, положительный выходной зажим ВК подключен к положительному выходному зажиму УВН непосредственно, а отрицательный выходной зажим ВК подключен к отрицательному выходному зажиму УВН через измерительный преобразователь выходного тока УВН. Блок управления (БУ) прототипа подает в устройство управления (УУ) всего две величины: заданное значение угла ϕ₁ сдвига между синусоидальным входным напряжением УВН и заданное среднее значение выпрямленного напряжения U_d. Помимо положительного свойства, которое проявляется в отсутствие перечисленных выше недостатков аналога, прототип имеет и два недостатка.

Первый из них заключается в том, что токи цепей УВН, возникающие при подключении УВН с незаряженным выходным конденсатором к источнику переменного нерегулируемого напряжения, могут быть слишком велики, так как при этом входной ток УВН является, по сути, током короткого замыкания ИН на входной реактор. Индуктивность этого реактора относительно невелика, так как она должна быть не больше такой, которая обеспечивает достижение необходимого значения начальной производной такой заданной синусоиды входного тока выпрямителя в управляемом режиме его работы, которая сдвинута от синусоидального напряжения ИН на небольшой заданный угол ϕ₁. Поэтому токи цепей УВН, возникающие при подключении УВН с незаряженным выходным конденсатором к ИН в моменты времени, когда напряжение ИН близко к его амплитудному значению, могут вывести из строя диоды выпрямителя, внутренние проводники выходного конденсатора и соединительные провода.

Второй недостаток - это неприспособленность прототипа к оперативной настройке емкости выходного конденсатора и коэффициентов передачи связей между элементами УУ при изменении параметров нагрузки УВН, когда следует откорректировать значение емкости выходного конденсатора, заменяя количество и емкость параллельно включенных конденсаторов, добиваясь при этом необходимой амплитуды пульсаций выходного напряжения УВН.

Изменение параметров выходного конденсатора влечет за собой изменение передаточных функций УВН, являющегося объектом управления. Поэтому для обеспечения требуемых статических и динамических характеристик контуров управления углом ϕ₁ сдвига между входными напряжением и током УВН и стабилизации выпрямленного напряжения U_d необходимо настроить заново коэффициенты передачи связей между элементами УУ. Требуемые настройки и корректировки параметров УВН и УУ производит оператор, который принимает решения на основании параметров и отображаемых с помощью осциллографа осциллограмм сигналов, действующих в настраиваемой системе. Указанные параметры и массивы мгновенных значений, образующих эти осциллограммы, можно получить с помощью дополнительных измерительных преобразователей входных и выходных токов и напряжений УВН. Аналогичные штатные измерительные преобразователи, которые вместе с УВН и УУ выпускающие УВН фирмы включают в один общий комплект с УВН и УУ, применять для выполнения указанных настроечных работ нельзя, так как выходы этих преобразователей, рассчитанные на подключение к высокоомным входам микропроцессора, на базе которого реализовано УУ, запрещается использовать по другому назначению. Таким образом, проведение указанных настроечных работ требует создания достаточно сложного измерительного комплекса каждый раз после замены УВН или линий, которые подключают УВН к ИН и к нагрузке УВН, а также после изменений параметров нагрузки УВН, или ИН, или после изменений структуры сети, в которую входит ИН.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение качественных показателей работы и настройки системы управления УВН:

- снижение до безопасных значений токов цепей УВН, возникающих при подключении УВН с незаряженным выходным конденсатором к ИН в моменты времени, когда напряжение ИН близко к его амплитудному значению.

- дополнение системы управления УВН элементами, которые позволят упростить, ускорить и повысить качество настройки емкости выходного конденсатора и коэффициентов передачи связей между элементами УУ, что необходимо делать каждый раз после замены УВН или линий, которые подключают УВН к ИН и к нагрузке УВН, а также после изменений параметров нагрузки УВН, или ИН, или после изменений структуры сети, в которую входит ИН.

Поставленная задача достигается тем, что в систему управления управляемого выпрямителя напряжения (УВН), которая содержит однофазный мостовой УВН, содержащий однофазный вентильный коммутатор (ВК), входной реактор и выходной конденсатор, а также кроме УВН управляющее им устройство, выход которого подключен к управляющему входу ВК, подключенные своими выходами к входам управляющего устройства блок управления и измерительные преобразователи входных и выходных токов и напряжений УВН, причем к управляющему входу управляющего устройства подключен первый выход блока управления, нагрузка УВН, выходной конденсатор и измерительный преобразователь выходного напряжения УВН подключены между положительным и отрицательным выходными зажимами УВН, а оба, первый и второй входные зажимы УВН соединены с выходными зажимами однофазного источника переменного напряжения или с двумя фазными выходными зажимами трехфазного источника переменного напряжения, при этом измерительный преобразователь входного напряжения подключен между первым и вторым входными зажимами УВН, первый входной зажим УВН подключен к первому входному зажиму ВК через последовательное соединение измерительного преобразователя входного тока УВН и входного реактора, а второй входной зажим УВН подключен ко второму входному зажиму ВК непосредственно, положительный выходной зажим ВК подключен к положительному выходному зажиму УВН непосредственно, а отрицательный выходной зажим ВК подключен к отрицательному выходному зажиму УВН через измерительный преобразователь выходного тока УВН, введено устройство для подключения УВН к источнику напряжения переменного тока (сокращенное название этого устройства - УП), у которого входные зажимы непосредственно подключены к выходным зажимами однофазного источника переменного напряжения или к двум фазным выходным зажимам трехфазного источника переменного напряжения, а входные зажимы УВН - к выходным зажимам УП, которое содержит токоограничивающую цепь, состоящую из токоограничивающего реактора и первого и второго выключателей, причем первый зажим первого выключателя соединен с первым входным зажимом УП, ко второму зажиму первого выключателя подключены первые зажимы второго выключателя и токоограничивающего реактора, а их вторые зажимы подключены к первому выходному зажиму УП, второй выходной зажим которого подключен к его второму входному зажиму напрямую, а управляющий вход УП подключен к второму выходу блока управления.

Поставленная задача достигается также тем, что в систему управления УВН, снабженную УП, дополнительно введены вычислительный блок и блок отображения информации, к управляющим входам которых подключены соответственно третий и четвертый выходы блока управления, введены также дополнительный измерительный преобразователь выходного напряжения УВН и, кроме того, предназначенные для измерения входного тока и входного напряжения УП, дополнительные преобразователи тока и напряжения, при этом входные зажимы дополнительных измерительных преобразователей входного и выходного напряжений подключены соответственно к входным зажимам УП и к выходным зажимам УВН, дополнительный измерительный преобразователь входного тока подключен своими входными зажимами между первым входным зажимом УП и первым зажимом первого выключателя, а выходные зажимы всех дополнительных измерительных преобразователей подключены по одному к соответствующим измерительным входам вычислительного блока и блока отображения информации, выход которого может быть подключен к осциллографу, выполняющему функцию устройства хранения информации.

Поставленная задача достигается также тем, что в УП для трехфазного мостового УВН, содержащего по одному для каждой фазы, то есть три входных реактора, три измерительных преобразователя фазного входного тока и три измерительных преобразователя фазного входного напряжения, введено по три токоограничивающих реактора, первых и вторых выключателя, а также дополнительных измерительных преобразователя входных токов и напряжений УП, (отличие от УП однофазного УВН, в котором входные и выходные зажимы назывались первыми и вторыми, для УП трехфазного УВН эти зажимы целесообразно называть фазными и нулевыми), в каждой фазе УП между его входным фазным зажимом, подключенным к фазному выходному зажиму трехфазного ИН, и выходным фазным зажимом УП, подключенным к фазному входному зажиму УВН, подключена электрическая цепь, состоящая из дополнительного измерительного преобразователя входного тока УП, первого и второго выключателей и токоограничивающего реактора, причем к фазному входному зажиму УП подключен первый входной зажим дополнительного измерительного преобразователя входного тока, второй входной зажим которого подключен к первому зажиму первого выключателя, к второму зажиму которого подключены первые зажимы второго выключателя и токоограничивающего реактора, вторые зажимы которых подключены к выходному фазному зажиму УП, входные зажимы каждого из трех дополнительных преобразователей, измеряющих фазные входные напряжения УП, подключены к соответствующим фазным входным зажимам УП и к нулевому входному зажиму УП, подключенному к выводу нейтрали обмотки трехфазного источника переменного напряжения или к искусственному нулю электроэнергетической системы, в которую входит этот источник напряжения.

Отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи:

Признак «…в систему управления УВН введено устройство для подключения УВН к источнику напряжения переменного тока (сокращенное название этого устройства - УП), у которого входные зажимы непосредственно подключены к выходным зажимами однофазного источника переменного напряжения или к двум фазным выходным зажимам трехфазного источника переменного напряжения, а входные зажимы УВН - к выходным зажимам УП, которое содержит токоограничивающую цепь, состоящую из токоограничивающего реактора, первого и второго выключателей, причем первый зажим первого выключателя соединен с первым входным зажимом УП, ко второму зажиму первого выключателя подключены первые зажимы второго выключателя и токоограничивающего реактора, а их вторые зажимы подключены к первому выходному зажиму УП, второй выходной зажим которого подключен к его второму входному зажиму напрямую, а управляющий вход УП подключен к второму выходу блока управления», обеспечивает снижение до безопасных значений токов, возникающих в цепях УВН при подключении УВН с незаряженным выходным конденсатором к ИН. Такой результат достигается, в частности, при выполнении условия: наибольшая амплитуда входного тока УП, при его подключении к ИН не должна превосходить амплитуду входного тока УВН в его номинальном управляемом режиме. При этом применение токоограничивающего реактора лучше использования токоограничивающего резистора, что является традиционным решением для снижения пусковых токов. При использовании токоограничивающего реактора во много раз снижаются потери мощности в дополнительном токоограничивающем элементе и сокращается время заряда выходного конденсатора УВН в неуправляемом режиме его работы.

Признак «…в систему управления УВН, снабженную УП, дополнительно введены вычислительный блок и блок отображения информации, к управляющим входам которых подключены соответственно третий и четвертый выходы блока управления, введены также дополнительный измерительный преобразователь выходного напряжения УВН и, кроме того, предназначенные для измерения входного тока и входного напряжения УП, дополнительные преобразователи тока и напряжения, при этом входные зажимы дополнительных измерительных преобразователей входного и выходного напряжений подключены соответственно к входным зажимам УП и к выходным зажимам УВН, дополнительный измерительный преобразователь входного тока подключен своими входными зажимами между первым входным зажимом УП и первым зажимом первого выключателя, а выходные зажимы всех дополнительных измерительных преобразователей подключены по одному к соответствующим измерительным входам вычислительного блока и блока отображения информации, выход которого может быть подключен к осциллографу, выполняющему функцию устройства хранения информации» обеспечивает упрощение, ускорение и повышении качества настройки емкости выходного конденсатора, индуктивности входного реактора УВН и коэффициентов передачи связей между элементами УУ благодаря предоставлении оператору-настройщику в наглядном виде необходимой информации о параметрах и осциллограммах входных и выходных токов и напряжений УВН.

Признак «…в УП для трехфазного мостового УВН, содержащего по одному для каждой фазы, то есть три входных реактора, три измерительных преобразователя фазного входного тока и три измерительных преобразователя фазного входного напряжения, введено по три токоограничивающих реактора, первых и вторых выключателя, а также дополнительных измерительных преобразователя входных токов и напряжений УП, причем в каждой фазе УП между его входным фазным зажимом, подключенным к фазному выходному зажиму трехфазного ИН, и выходным фазным зажимом УП, подключенным к фазному входному зажиму УВН, подключена электрическая цепь, состоящая из дополнительного измерительного преобразователя входного тока УП, первого и второго выключателей и токоограничивающего реактора, при этом к фазному входному зажиму УП подключен первый входной зажим дополнительного измерительного преобразователя входного тока, второй входной зажим которого подключен к первому зажиму первого выключателя, к второму зажиму которого подключены первые зажимы второго выключателя и токоограничивающего реактора, вторые зажимы которых подключены к выходному фазному зажиму УП, кроме того, входные зажимы каждого из трех дополнительных преобразователей, измеряющих фазные входные напряжения УП, подключены к соответствующим фазным входным зажимам УП и к нулевому входному зажиму УП, подключенному к выводу нейтрали обмотки трехфазного источника переменного напряжения или к искусственному нулю электроэнергетической системы, в которую входит этот источник напряжения», позволяет улучшить качество работы системы управления углом ϕ₁ сдвига между синусоидальным входным напряжением УВН и первой гармоникой входного тока УВН в каждой из его трех фаз благодаря более точному измерению каждого из входных напряжений УВН, что обеспечивается доступом к нулевой точке электрической системы, к которой подключен УВН.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи выражается в следующем. Отличительные признаки предлагаемого изобретения обеспечивают улучшение качественных показателей работы и настройки системы управления УВН за счет:

- снижения до безопасного значения токов цепей УВН, возникающих при подключении УВН с незаряженным выходным конденсатором к ИН в момент времени, когда напряжение ИН близко к его амплитудному значению;

- дополнительной системы управления УВН элементами, которые позволили упростить, ускорить и повысить качество настройки емкости выходного конденсатора, индуктивности входного реактора УВН и коэффициентов передачи связей между элементами УУ.

Из изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Следовательно, предлагаемое изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем и пригодно для использования.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где: на фиг. 1 - представлена функциональная схема системы управления однофазного мостового УВН; на фиг. 2 - то же, но для одной фазы трехфазного мостового УВН; на фиг. 3 изображены входные характеристики УП однофазного мостового УВН при использовании токоограничивающего реактора (сплошной линией) и токоограничивающего резистора (штриховой линией).

Система управления управляемым выпрямителем 1 напряжения, который через УП 2 подключен к источнику 3 напряжения переменного тока (ИН) и предназначен для питания нагрузки 4 постоянного тока, содержит кроме перечисленных элементов управляющее устройство (УУ) 5, блок управления (БУ) 6, вычислительный блок (ВБ) 7 и блок 8 отображения информации (БОИ), к выходам которого подключены входы осциллографа 9. К первым входам УУ 5, БОИ 8, ВБ 7 и к управляющему входу УП 2 подключены соответственно первый, второй третий и четвертый выходы БУ 6.

К первому 10 и второму 11 выходным зажимам ИН 3 подключены соответственно первый 12 и второй 13 входные зажимы УП 2, к первому 14 и второму 15 выходным зажимам которого подключены соответственно первый 16 и второй 17 входные зажимы УВН 1.

УВН 1 содержит вентильный коммутатор 18, входной реактор 19 и выходной конденсатор 20, а также измерительные преобразователи: входного тока 21, входного напряжения 22, выходного напряжения 23, выходного тока 24, и дополнительный преобразователь 25 выходного напряжения УВН 1. Основой ВК 18 является однофазный мостовой выпрямитель тока, составленный из диодов 26, параллельно которым включены транзисторы 27, выполняющие функцию электронных ключей, проводящих ток в направлении, обратном по отношению к прямому току параллельно включенных диодов 26. Между первым 16 входным зажимом УВН 1 и первым 28 входным зажимом ВК 18 включено последовательное соединение измерительного преобразователя 21 входного тока и входного реактора 19, а второй 17 входной зажим УВН 1 соединен со вторым 29 входным зажимом ВК 18 напрямую. Положительный 30 выходной зажим ВК 18 напрямую соединен с положительным 31 выходным зажимом УВН, а к отрицательному 32 выходному зажиму ВК 18 отрицательный зажим 33 УВН 1 подключен через измерительный преобразователь 24 выходного тока УВН 1. К выходным зажимам 31 и 33 УВН 1 подключены его нагрузка 4, выходной конденсатор 20, измерительный преобразователь 24 и дополнительный измерительный преобразователь 25 выходного напряжения УВН 1. Выходы измерительных преобразователей 22, 21, 24 и 23 входных и выходных напряжений и токов УВН 1 подключены соответственно к второму, третьему, четвертому и пятому входам УУ 5, выход которого подключен к управляющему входу ВК 18.

УП 2 содержит токоограничивающий реактор 34, первый 35 и второй 36 выключатели, а также дополнительные измерительные преобразователи входного тока 37 и входного напряжения 38 УП 2, причем первый зажим первого выключателя 35 подключен к первому входному зажиму 12 УП 2 через дополнительный измерительный преобразователь входного тока 37, ко второму зажиму первого выключателя 35 подключены первые зажимы токоограничивающего реактора 34 и второго выключателя 36, а их вторые зажимы подключены к первому выходному зажиму 14 УП 2, вторые входной 13 и выходной 15 зажимы которого соединены напрямую. Выходы дополнительных измерительных преобразователей 38, 37 и 25 подключены соответственно к вторым, третьим и четвертым входам ВБ 7, а также к вторым, третьим и четвертым входам БОИ 8, выход которого подключен к входу осциллографа 9. Пятый вход БОИ 8 подключен к выходу ВБ 7. Нагрузкой УВН служит потребитель электроэнергии постоянного тока 39, который через линию 40 питания потребителя 39 и выключатель 41, снабженный минимальной защитой, подключен к выходным зажимам 31 и 33 УВН 2.

Показанная на фиг. 2 функциональная схема одной фазы системы управления трехфазного мостового УВН отличается от приведенной на фиг. 1 - функциональной схемы системы управления однофазного мостового УВН тем, что в трехфазном варианте вторые входные зажимы 17 УВН 1 и 29 ВК 18, а также второй выходной зажим 15 УП 2 отсутствуют, второй входной зажим 13 УП 2, именуемый в трехфазном варианте нулевым, подключен не к второму выходному зажиму ИН 3, а к выводу 42 нейтрали обмотки трехфазного ИН или к искусственному нулю электроэнергетической системы, в которую входит этот ИН.

Описание работы системы управления однофазного мостового УВН приводится для каждого из перечисленных ниже последовательных этапов работы: с 1-го по 7-й, настройка индуктивности токоограничивающего реактора 19 и емкости выходного конденсатора 20 - в этапах 8 и 9, а настройка угла между входным напряжением и входным током УВН 1 - в этапе 10.

Этап 1. Подключение УВН к источнику переменного тока, предварительный, неуправляемый заряд выходного конденсатора.

До подключения к источнику 3 напряжение U_d выходного конденсатора 20 УВН 1 равно нулю, первый 35 и второй 36 выключатели разомкнуты, а потребитель 39 электроэнергии постоянного тока отключен выключателем 41, который снабжен минимальной защитой. Такая особенность выключателя 41 исключает короткое замыкание ЭДС потребителя 39 или заряженного конденсатора, подключенного к его входным зажимам на незаряженный выходной конденсатор 20 УВН 1. По команде, полученной УП от БУ 6, первый выключатель 35 замыкается и начинается процесс неуправляемого заряда конденсатора 20. Из-за пренебрежимо малого сопротивления диодов 26 в прямом направлении и отсутствия напряжения на зажимах конденсатора 20 начальная стадия этого процесса равносильна короткому замыканию ИН через последовательное соединение токоограничивающего 34 и входного 19 реакторов: по этим реакторам, по диодам 26 и выходному конденсатору 20 начинают проходить токи. Входной ток УВН I_in преобразуется неуправляемым (составленным из диодов 26) выпрямителем тока в выходной ток I_d, который, при равенстве нулю тока нагрузки, равен току, заряжающему конденсатор 20. В результате напряжение U_d конденсатора 20 начинает возрастать.

Индуктивность токоограничивающего реактора 19 и тем самым суммарное индуктивное сопротивление обоих реакторов выбирается такими, чтобы максимальные значения входного тока I_in УВН 1 не выходили за пределы безопасных значений. Указанный выбор, при котором можно пренебрегать активными сопротивлениями обоих реакторов, значительно меньшими, чем их индуктивные сопротивления, целесообразно производить по условию: максимальное из первых амплитудных значений входного тока I_in УВН 1 не превосходит амплитудное значение входного тока УВН, соответствующего работе УВН в номинальном управляемом режиме.

Для снижения токов, возникающих при подключении какого-либо электротехнического устройства к источнику переменного тока, например при запуске асинхронного короткозамкнутого двигателя, во входную цепь этого устройства, как правило, включают токоограничивающие резисторы. Снабженный входным реактором, неуправляемый однофазный мостовой выпрямитель, выход которого замкнут на конденсатор большой емкости, лучше подключать к источнику синусоидального напряжения через токоограничивающий реактор, а не через токоограничивающий резистор.

Преимущество использования токоограничивающего реактора для ограничения входного тока однофазного мостового неуправляемого выпрямителя, нагруженного на конденсатор большой емкости, при его подключении к однофазному источнику синусоидального напряжения, наглядно проявляется при сравнении двух, приведенных на фиг. 3, статических характеристик, отражающих зависимость входного тока I_in этого выпрямителя от его выходного напряжения U_d. Обе характеристики найдены для УВН, который имеет следующие номинальные данные при работе в управляемом режиме:

Номинальная мощность - 10 кВт, номинальное входное напряжение - 230 В, его частота - 50 Гц, номинальный входной ток - 43,5 А, номинальное выходное напряжение - U_dn 358 В, оно на 10% больше амплитуды номинального входного напряжения, номинальный выходной ток - 27,8 А, индуктивность входного реактора - 1,24 мкГн, емкость выходного конденсатора - 13000 мкФ. Первая из указанных характеристик, изображенная сплошной линией, относится к использованию токоограничивающего реактора с индуктивностью 14,87 мкГн, суммарное индуктивное сопротивление входного и токоограничивающего реакторов составляет 5,06 Ом. Вторая характеристика, изображенная штриховой линией, относится к использованию токоограничивающего резистора с активным сопротивлением 5,045 Ом. В обоих случаях входной ток УВН при к