9) Тиристорные преобразователи (выпрямители). Типовые схемы. Недостатки.

 Тиристорные преобразователи частоты (инверторы) представляют собой устройства, преобразующие постоянное или переменное напряжение в переменное заданной частоты. Большинство современных тиристорных инверторов позволяют осуществлять изменение частотной характеристики выходного напряжения в требуемых пределах, благодаря чему они нашли широкое применение в различных отраслях промышленности и транспорта, например, для плавной регулировки скорости вращения асинхронных электродвигателей, обеспечения необходимого режима электропитания плавильных печей и т.п. Несмотря на то, что в последнее время все большее распространение получают преобразователи частоты на IGBT, тиристорные инверторы по-прежнему доминируют там, где необходимо обеспечить большие мощности (вплоть нескольких мегаватт) с выходным напряжением в десятки киловольт. Именно то, что тиристорные преобразователи частоты имеют высокий КПД (до 98%), способны успешно справляться с большими напряжениями и токами, а также выдерживать при этом импульсные воздействия и довольно продолжительную нагрузку, является их основным достоинством. Ниже приведена блок-схема наиболее типичного современного тиристорного преобразователя с явно выраженным звеном постоянного тока.

Тиристорный преобразователь частот, согласно рис. 1, выполнен на основе схемы несимметричного одноячейкового инвертора, который через выпрямитель подключен к трехфазной промышленной сети переменного тока. Нагрузкой автономного последовательного несимметричного инвертора тока является резонансный контур, образованный конденсаторами С5 и С6 и индуктором L8 с эквивалентной загрузкой электропечи R30. Индуктор является основным элементом в технологическом процессе индукционного нагрева ТВЧ. Величина индуктивности и эквивалентного сопротивления загрузки индуктора определяется на основе расчетов и последующей экспериментальной проверки [2].

В выпрямителе (В) входное переменное напряжение выпрямляется и поступает в фильтр (Ф), где оно сглаживается, фильтруется, после чего опять преобразуется инвертором (И) в переменное, которое может регулироваться по таким параметрам, как амплитуда и частота.

Тиристорные преобразователи имеют некоторые конструктивные особенности, которые порой затрудняют их использование и несколько ограничивают сферу применения. Прежде всего, это касается довольно сложной системы управления. Поскольку тиристор является полууправляемым прибором, то для него необходимо принудительное переключение, осуществляемое кратковременным прерыванием тока, который через него протекает. Это обычно происходит при разряде конденсатора, находящегося в анодно-катодной цепи ключа. В системах с большой мощностью нагрузки на накопительные (фильтровые) конденсаторы, стоящие в плечах ключа, очень велики. Впрочем, велики они и на демпферные конденсаторы, установленные на выходе инвертора и предохраняющие его от повреждения в момент переключения ключей. Таким образом, для нормальной и бесперебойной работы тиристорных преобразователей исключительно важна надежность тех емкостных элементов, которые в них применяются, то есть фильтровых и демпферных конденсаторов. К тому же весьма желательно, чтобы их стоимость была приемлемой, а габаритные размеры – как можно меньше. Всем этим требованиям далеко не в полной мере отвечают старые типы силовых конденсаторов, и поэтому для разработки действительно современных и надежных тиристорных инверторов им требуется замена.

Входная мощность в модели тиристорного преобразователя частоты определяется как произведение постоянного тока входного дросселя и напряжения на выходе выпрямителя

P=(L/C)^1/2

где L — величина коммутирующей индуктивности (на схеме рис. 1 — L6), С — величина емкости коммутирующего конденсатора (на схеме рис. 1 — С2). Для времени Ту базовой величиной является период управления тиристорами инвертора.

расчетный КПД статического тиристорного преобразователя частоты выше, чем средняя величина в 50% для машинного генератора. При определении КПД для реального тиристорного преобразователя частоты нас интересует, в первую очередь, повышение температуры в каналах протока воды, расходуемой для охлаждения силовых элементов тиристорного преобразователя частоты. В модели тиристорного преобразователя частоты производится измерение мгновенной мощности, с возможностью вывода среднего, за период управления, значения. Этим объясняется дискретный характер входной и выходной мощности.