Стабилизаторы импульсного действия

Стабилизаторы импульсного действия с тиристорами в качестве регулирующего звена могут быть выполнены по схеме, приведенной на рис. 2, а. Угол отпирания тиристоров регулируется с помощью схемы управления (СУ) таким образом, что среднее выходное напряжение поддерживается неизменным. При малых токах и полной нагрузке тиристоры 77 и Т2 не отпираются и напряжение на выходе ПТТ синусоидально, если синусоидален ток. При больших кратностях тока и отсутствии нагрузки напряжение имеет форму, показанную на рис. 2, в. До отпирания тиристоров напряжение м2 равно, а после отпирания — близко к нулю. Угол а регулируется с помощью СУ.
Анализ параметров СН по схеме, приведенной на рис. 2, а, так же, как и всех последующих СН, проведем в предположении, что трансформаторы, диоды, тиристоры и другие элементы СН являются идеальными, т. е. потери мощности и напряжения в них отсутствуют. Нагрузка на СН принимается активной. Последнее предположение требует некоторого пояснения. Как правило, большая часть нагрузки — это электромагниты управления выключателями, отделителями и короткозамыкателями, т. е. активно-индуктивная нагрузка с постоянной времени около 0,01 с. Поскольку, однако, нагрузка включается на стороне выпрямленного напряжения, то при синусоидальном напряжении на выходе ПТТ нагрузка на последний близка к активной.
При упомянутых условиях в режиме наибольшей нагрузки и заданном токе /гн.р выходное напряжение СН имеет вид выпрямленных синусоидальных полуволн со средним значением: а КПД СН г\ составляет: где RH — сопротивление полной нагрузки.
Если нагрузка отключается, то СН оказывается нагруженным на балластный резистор. Обозначим /?б//?н == =р. Тогда амплитуда напряжения i2Re возрастет в (1+Р) Раз* однако среднее выходное напряжение остается на прежнем уровне, и, следовательно, его амплитуда U2mo не достигнет значения (1+/?) С/2т>н, если р> 1. Значение этой амплитуды можно найти из двух уравнений. Одно получается приравниванием средних напряжений (рис. 2, б и в):
Наибольшая амплитуда напряжения будет при отсутствии нагрузки на СН и наибольшей кратности п тока к. з. по отношению к /гн.р. Аналогично предыдущему можно найти амплитуду U2my.
Если задаться rj бпт = 0,75, то р=3. У такого СН амплитуда напряжения увеличивается в 2/3 раз по сравнению с U2m,H уже при токе 12н,р и отсутствии нагрузки. При кратности п=20 амплитуда увеличится почти в 18 раз. Угол а при этом составит примерно 15°. Таким образом, паузы между треугольными импульсами напряжения займут более 90 % полупериода. Такая же форма кривой напряжения будет и на первичной обмотке ПТТ, а, следовательно, и на вторичной обмотке ТТ.
Рассмотрим, каким образом работает система ТТ — импульсный тиристорный СН. Наиболее тяжелые условия работы ТТ будут при отсутствии нагрузки на БПТ, т. е. при работе СН на балластный резистор. Наибольшее входное сопротивление СН будет при токах, меньших, чем /2н,р/(р+1), когда тиристоры заперты в течение всего периода и входное сопротивление ПТТ составляет 6 , где wx и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток ПТТ. При увеличении тока тиристоры открываются в течение части ; полупериода, причем по принципу действия среднее напряжение на первичной и вторичной обмотках ПТТ (с учетом      принятых допущений) будет оставаться         не изменным соответствии с известным соотношением между индукцией и напряжением трансформаторов, если потери отсутствуют, справедливо выражение
Решая уравнение (6) интегрированием правой и левой части, можно получить: где Вт — амплитуда индукции в магнитопроводе, 5 —1 сечение магнитопровода, w — число витков обмотки.
Это означает, что индукция в магнитопроводе ТТ не будет увеличиваться при увеличении тока (если отсутствует другая нагрузка на ТТ), так как не изменяется среднее напряжение на его обмотках. Поэтому несмотря на относительно большое сопротивление нагрузки на ТТ при малых токах, последний будет работать с малыми, с точки зрения релейной защиты, погрешностями I во всем диапазоне токов к. з., если среднее напряжение ! на вторичной обмотке ТТ, соответствующее номинальному среднему напряжению СН, не приводит к насыщению магнитопровода ТТ.
Однако амплитуда напряжения на вторичной обмот-1 ке ТТ, U 2т,тт» нагруженного на тиристорный СН, может быть высокой. В соответствии с (5) она равняется: 1.
В мощных БПТ с номинальным напряжением 220 В отношение w1/w2 может быть близким к 0,5—0,7 и амплитуда напряжения достигнет нескольких киловольт, если достаточно велика кратность тока. Большие амплитуды напряжения U2m,к в рассматриваемых БПТ приводят к необходимости применения неэкономичных выпрямительных мостов и тиристоров, рассчитанных на напряжения, в десятки раз превышающие номинальное напряжение.
Насыщение ТТ может наступить при больших кратностях тока к. з. (несмотря на упомянутый выше характер сопротивления тиристорного СН), благодаря наличию потерь напряжения в обмотках ТТ, кабеле и СН, а также в другой нагрузке на ТТ. Однако, если выбор параметров СН проведен правильно, то стабилизация выходного напряжения СН начнется еще при отсутствии насыщения ТТ, а следовательно, момент отпирания тиристоров будет наступать раньше, чем момент полупериода, когда форма вторичного тока начинает отличаться от синусоидальной из-за насыщения магнитопровода ТТ.
Форма кривой выходного напряжения с высокой скважностью неприемлема с точки зрения работы электромеханических аппаратов, не говоря об устройствах, выполненных на полупроводниковой элементной базе. Таким образом, непосредственное применение в БПТ тиристорного импульсного СН по схеме, приведенной на рис. 2, а, практически невозможно из-за существенных перенапряжений и неудовлетворительной формы кривой выходного напряжения. Для улучшения характеристик СН необходимо применение частотных фильтров до или после выпрямителя, а также средств для ограничения амплитуды перенапряжений на входе СН.