Исследование на модели режимов работы тиристорных преобразователей в электроприводе

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 

А. Б. Красовский 
 
 
Исследование на модели  
режимов работы  
тиристорных преобразователей  
в электроприводе 
 
Методические указания  
к лабораторной работе по курсам  
«Основы электропривода» и «Электропривод,  
управление и автоматизация АММА» 
 
 
 
 
 
 

 
 
Москва 

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 

2012 

УДК 621.314 
ББК 31.264.5 
К78 
Рецензент  Е.Н. Енин 

 
Красовский А.Б. 
  
 
Исследование на модели режимов работы тиристорных 
преобразователей в электроприводе : метод. указания к лабораторной работе по курсам «Основы электропривода»  
и «Электропривод, управление и автоматизация АММА» /  
А.Б. Красовский. — М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. — 
39, [5] с. : ил. 
 
Представлены математический пакет MATLAB и его приложения 
для визуального моделирования силовых электрических устройств. На 
примере однофазной однополупериодной схемы выпрямления рассмотрены принципы построения моделей тиристорных преобразователей. Показаны особенности работы многофазных преобразователей в 
выпрямительном и инверторном режимах с нагрузкой в виде якорной 
цепи двигателей постоянного тока, а также построенных на их основе 
непосредственных преобразователей частоты для управления асинхронными двигателями. Приведены основные теоретические сведения 
по указанным разделам курсов и задание для выполнения работы. 
Для студентов 4-го и 5-го курсов факультетов МТ и КК МГТУ  
им. Н.Э. Баумана. 
Рекомендовано Учебно-методической комиссией НУК ФН МГТУ 
им. Н.Э. Баумана. 
УДК 621.314 
ББК 31.264.5 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012 

 К78 

Цель работы — знакомство с общими принципами создания и 
настройки имитационных моделей силовых электротехнических 
устройств в пакете MATLAB и изучение на этой основе физических особенностей функционирования, основных схем, режимов 
работы и характеристик тиристорных преобразователей для электроприводов постоянного и переменного тока. 

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 

Тиристорные преобразователи (ТП) на основе однооперационных тиристоров широко используют в системах управления современных электроприводов постоянного и переменного тока. В 
электроприводах постоянного тока на их базе выполняют нереверсивные и реверсивные преобразователи переменного напряжения в 
регулируемое постоянное напряжение для питания якорных цепей 
и обмоток возбуждения двигателей постоянного тока. Такие преобразователи обычно сокращенно называют АС–DC-преобразователями. Выражение образовано от начальных букв английских 
слов, обозначающих род тока на их входе и выходе: alternating 
current (переменный ток) и direct current (постоянный ток).  
В электроприводах переменного тока ТП преимущественно 
применяют в преобразователях частоты с непосредственной связью 
(циклоконверторах) для реализации частотного управления мощными асинхронными двигателями. По аналогии с предыдущими 
преобразователями их называют АС–АС-преобразователями. 

1. Нереверсивные тиристорные АС–DC-преобразователи 

ТП состоят из двух основных частей: вентильной группы (ВГ), 
которая через силовой трансформатор подключена к промышленной сети с напряжением Uc, и системы импульсно-фазового управ

ления (СИФУ), как показано на рис. 1. Вентильная группа ТП 
осуществляет преобразование электрической энергии, поступающей из сети переменного тока, в электрическую энергию постоянного тока на выходе (в режиме выпрямителя) либо электрической 
энергии постоянного тока, вырабатываемой электрической машиной, в энергию переменного тока (в режиме инвертора). Силовой 
трансформатор служит для согласования входного и выходного 
напряжений преобразователя. Одновременно трансформатор разделяет электрически питающую сеть и цепь нагрузки преобразователя (обеспечивает их гальваническую развязку). 
 

 

Рис. 1 

 
СИФУ обеспечивает формирование управляющих импульсов 
на тиристоры вентильной группы, причем временная задержка или 
фазовый сдвиг этих импульсов относительно анодного напряжения на тиристорах изменяется в зависимости от напряжения 
управления Uу. 
Схемы силовой части нереверсивных ТП строят по тем же 
принципам, что и неуправляемых выпрямителей на диодах, подробно изученных в соответствующих разделах курса электротехники и электроники. К основным показателям, определяющим выбор схемы преобразователя, относят его стоимость, массу и 
размеры, форму кривой выходного напряжения и т. д. По совокупности показателей в настоящее время наибольшее распространение получили трехфазные мостовые схемы ТП (рис. 2, а). В электроприводах 
небольшой 
мощности 
иногда 
используют 
однофазные мостовые преобразователи (рис. 2, б). Мостовые схемы ТП образованы последовательным соединением двух групп 
вентилей VD1, VD4 и VD2, VD3 в однофазной схеме и VD1, VD3, 
VD5 и VD2, VD4, VD6 в трехфазной схеме. Причем в одной из них 
соединены аноды тиристоров (анодная группа), а в другой — катоды (катодная группа).  

а 
 
 
 
      б 
Рис. 2 
 
Выпрямительный режим является основным для ТП в электроприводе: электрическая энергия переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока. Напомним, что нагрузка ТП — 
якорная цепь двигателя постоянного тока — на эквивалентной 
схеме может быть представлена последовательным соединением 
резистора с сопротивлением, равным суммарному активному сопротивлению якорной цепи Rн, суммарной индуктивности Lн, а 
также ЭДС движения E с полярностью, противоположной полярности напряжения источника питания. Такой вид нагрузки обычно 
называют активно-индуктивной нагрузкой с противоЭДС. 
Наиболее характерные особенности работы ТП на активноиндуктивную нагрузку с противоЭДС удобно рассмотреть на примере простейшей однофазной однополупериодной схемы (рис. 3). 
Напомним, что моменты времени, когда потенциал анода каждого 
тиристора становится выше потенциала его катода, называют моментами естественного открывания тиристоров. Относительно положений точек естественного открывания тиристоров на временных диаграммах отсчитывают временные или фазовые сдвиги 
прихода управляющих импульсов на тиристоры при регулировании выходного напряжения преобразователя.