Принципы действия полупроводниковых преобразователей
В современной электротехнике используется ток двух видов — переменный и постоянный. Из этого вытекает необходимость по меньшей мере в преобразователях электрического тока двух типов переменно-постоянного тока (выпрямители) и постоянно-переменного тока (инверторы). Если к числу преобразователей тока отнести и регуляторы постоянного и переменного тока, которые, преобразуя форму тока, изменяют его среднее или действующее значение, то можно считать, что существуют также преобразователи постоянно-постоянного и переменно-переменного тока. Следует отметить, что понятия постоянного и переменного тока здесь употребляются в широком смысле, предполагающем не только синусоидальный переменный и неизменный по величине постоянный ток. Переменным током здесь именуется ток различной формы, периодически меняющий свое направление, а постоянным — ток различной формы, но неизменного направления.
В общем случае в электрической системе могут быть источники и электроприемники как переменного, так и постоянного тока.
Принудительная коммутация тока (запирание тиристора) необходима лишь в тех преобразователях, которые питаются от источника постоянного тока. В преобразователях, подключенных к источнику переменного тока, можно обойтись без такой коммутации. Однако и в преобразователях переменного тока возможность принудительного запирания весьма полезна, так как при регулировании обычным способом, т. е. изменением момента отпирания тиристора, ток отстает от напряжения, вследствие чего понижается коэффициент мощности устройства, что вызывает в цепи такой же эффект, как индуктивная нагрузка при переменном токе. Поэтому можно сказать, что такое регулирование имеет «индуктивный» характер.
Если же ток регулируют посредством изменения угла запирания тиристора, то первая гармоническая функция тока не только не отстает от кривой напряжения, но даже опережает ее. Такого рода регулирование имеет «емкостный» характер и с его помощью можно повысить коэффициент мощности питающей сети. Так, например, суммируя токи двух электроприемников — отстающего от напряжения и опережающего его, можно достигнуть максимального коэффициента мощности, равного единице.
Уменьшение коэффициента мощности в процессе регулирования можно устранить с помощью более простых средств. Так, например, в случае, когда электроприемник обладает достаточной механической или электро-магнитной инерцией, можно применить так называемое импульсное регулирование, т. е. включать и отключать нагрузку на время, превышающее период им пульса. В этом случае ток не отстает от напряжения и коэффициент мощности не уменьшается. Импульсное регулирование можно осуществить при помощи схем, подобных схемам регулирования фазы отпирания тиристоров. Следует отметить, что система управления для импульсного регулирования весьма проста и легко поддается автоматизации. Для регулирования параметра (например, напряжения или тока на выходе преобразователя) система управления должна лишь отключать цепь управления тиристорами. Благодаря простоте импульсного регулирования этот метод считается наиболее перспективным и его стараются применять всюду, где только это возможно. Особенно выгодно применять такого рода регулирование в преобразователях, которые питаются от источника переменного тока повышенной частоты. В этом случае период тока меньше и импульсное регулирование может быть использовано для электроприемников с меньшей инерцией, например, для освещения. В реальных преобразователях форма токовых импульсов может быть весьма различной и моменты включения тока отнюдь не должны совпадать с началом периода. В многочисленных отраслях преобразовательной техники используют и могут быть использованы многие разнообразные схемы преобразователей и методы регулирования, а также их различные модификации и взаимные комбинации. Особенно много различных вариантов схем преобразователей может быть создано в устройствах, допускающих секционирование не только преобразователя, но также электроприемника и источника питания.
Бирзниек Л., Полупроводниковые преобразователи. — М., «Энергия», 1967
