ТИРИСТОРНІ АПАРАТИ ЗІ ШТУЧНОЮ КОМУТАЦІЄЮ

У раніше розглянутих апаратах з ТКЕ операція відключення виконується шляхом припинення формування імпульсів, що включають тиристори. Однак саме переривання струму навантаження відбувається з деякою затримкою (в межах полперіода). Це пов'язано з тим, що працює тиристор вимикається тільки при природному переході його струму через нуль під впливом змінної напруги мережі. Таке час відключення для апаратів із захисними функціями, зокрема автоматичних вимикачів, зазвичай неприпустимо. Або, наприклад, в установках безперебійного електропостачання при виникненні аварійних ситуацій потрібно практично миттєве перемикання навантаження з одного джерела на інший. Для цих цілей використовують апарати з ТКИ.

На рис. 5.9 представлений один з варіантів схеми апарату з ТКИ. Коли пристрій працює, то струм навантаження протікає в один нолунеріод через тиристор VS1 і діод VD1, а в іншій - через тиристор VS2 і діод VD2. Комутуючий конденсатор С _до заряджений від малопотужного зарядного пристрою ЗУ до напруги U _c { 0) з полярністю, вказаною на малюнку, і відділений від основних тиристорів і діодів коммутирующими тиристорами VS3 і VS4. Для виключення основного тиристора VS1 (або VS2) необхідно подати отпирающий імпульс на відповідний коммутирующий тиристор VS3 (або VS4). При цьому в результаті розряду конденсатора С _до виникає струм г _до , спрямований зустрічно струму проводить в цей момент основного тиристора. Процеси в комутуючих контурі відбуваються на значно більш високій частоті по відношенню до частоти мережі, тому струм навантаження г _н на інтервалі комутації практично не змінюється, / (опустимо, що г _н протікає через тиристор VS1. При включенні тиристора VS3 в момент часу t = t _l в контурі VS1 - VS3 - С _до - L _K почнеться коливальний процес розряду конденсатора С _до і наростання струму i _K (рис. 5.9, б) за синусоїдальним законом

де . В результаті через тиристор VS1 починає протікати різницю струмів навантаження г _н і конденсатора г _до . Поки струм г _до менше струму г _н , ток тиристора VS1 більше нуля і знаходиться в провідному стані. При цьому діод VD2 закритий зворотним для нього падінням напруги на провідному тиристори VS1. У разі рівного розподілу струмів i _K і i _n (момент часу t ₂ на рис. 5.9, б) струм тиристора VS1 стає рівним нулю і тиристор вимикається. Одночасно під впливом прямого позитивного напруги відкривається діод VD2 і різницю струмів i _K і i _u починає протікати через діод VD2. На інтервалі провідності діода VD2 до тиристору VS1 буде докладено замикає напруга, рівне падінню напруги на діоді VD2. У момент часу t ₃ струм г _до знову стає рівним току г _і і діод VD2 закривається. Струм навантаження г _н починає протікати по контуру: U _BX - VS3 - С _до - L _K - VD1 - Z ". Після моменту часу t ₃ процес зміни струму в цьому контурі істотно залежить від параметрів навантаження. При акгівной навантаженні R _n <2 yjL _K / C _K зміна струму буде мати коливальний характер з частотою, близькою до з _до , Г.Є. буде по суті відповідати току i _K на інтервалі часу - 1 _Л . У момент часу t _A ток спадає до нуля, і все діоди і тиристори закриються. Таким чином, момент часу t _A відповідає виключенню апарату. Повний час вимикання апарату? _У имк> відраховується від моменту подачі команди на вимикання (подачі відчиняю чого імпульсу на тиристор VS3), можна визначити як

де? _{вкл VS3} - час включення тиристора VS3.

Мал.5.9. Тиристорний апарат з примусовою комутацією:

а - схема силової частини; 6 - діаграми струму і напруги

При збільшенні опору активного навантаження процес стає апериодическим, і момент спадання струму настає пізніше (на рис. 5.9, б показаний пунктирною лінією). Якщо ж навантаження актівноіндуктівная, то виключення також відбувається пізніше і при цьому значна частина енергії, накопичена в індуктивності навантаження L _IV переходить в конденсатор С _до , збільшуючи на ньому зворотна напруга. Нехтуючи втратами в активною складовою навантаження і елементах схеми, це напруга можна визначити як

де / _н0 - значення струму навантаження в момент комутації.

Перенапруження на конденсаторі С _до можна знизити, вводячи в схему енергопоглинаючих опір /? _доб (див. рис. 5.9, а ), або виключити повністю за допомогою компенсуючого конденсатора С, що підключається до ланцюга навантаження після апарату.