В интервале 1…2 тиристор диод VS1 открывается, а тиристор VS2 закрывается. Обмотки трансформатора при этом замыкаются накоротко через открытые тиристоры.

В короткозамкнутом контуре возникает коммутационный ток. Для контура короткого замыкания можно записать уравнение электрического состояния, используя мгновенные значения токов и напряжений:

Ограничивает коммутационный ток индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора. Ток коммутации отстает от линейного напряжения на 90 и изменяется по косинусоидальному закону

В начале коммутации ток вентиля равен свободной составляющей

Ток вентиля, вступающего в работу, равен сумме переходного тока и его свободной составляющей

В конце коммутационного этапа (в интервале 2…3) ток вентиля достигает величины

Далее вентиль VS1 остается открытым до момента 4 = . После чего начинается конечный этап коммутации, когда управляющий сигнал открывает вентиль VS2.

1.4 Внекоммутационный период работы вентиля

После окончания переходного процесса наступает внекоммутационный режим работы выпрямителя, при котором работает только один вентиль, в данном случае VS1. Величину индуктивности дросселя берут достаточно большой. При этом напряжение (ток) становится идеально сглаженным и равным постоянной составляющей напряжения (тока). На схеме рис. рис. 10.2 идеально сглаженный ток помечен символом Id.

1.5 Второй этап коммутации тока вентилей

Особенности работы вентилей

В интервале 4…5 вентиль VS1 закрывается, а вентиль VS2 открывается. Возникает ток короткого замыкания в контуре U2 - X_S - VS2 - VS1 - X_S - U2. Вентиль VS1 закрывается встречным током, который также определяется удвоенным напряжением вторичной обмотки трансформатора:

Закон изменения тока в закрывающемся вентиле определяется формулой (10.7)

потому, что свободная составляющая тока закрывающегося вентиля равна Id.

В конце коммутационного момента ток вентиля становится равным величине

В обоих случаях выпрямленный ток определяется формулой

Среднее выпрямленное напряжение в режиме холостого хода

В режиме холостого хода ток нагрузки равен нулю, потому коммутационных периодов в выпрямителе нет. Среднее выпрямленное напряжение находим так

Потери напряжения в результате коммутационных процессов

Среднее значение напряжения потерь за период найдем путем суммирования и усреднения потерь за половину периода

откуда потери в цепи открывающегося вентиля равны

Сравнивая выражения (10.5) и (10.11) окончательно получим

Внешняя характеристика выпрямителя

Внешняя характеристика получается с учетом полученных нами выражений (10.10) и (10.12):

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора

Так как форма токов в в обмотках трансформатора остается такой же, как в неуправляемом выпрямителе, то выражения для токов трансформатора остается прежним.

Ток первичной обмотки трансформатора равен

Существует разница в том, что ток первичной обмотки трансформанта в управляемом выпрямителе отстает от напряжения на угол . В результате, для сети переменного тока управляемый выпрямитель является реактивной нагрузкой в большей степени, чем неуправляемый

выпрямитель. По этой причине управляемый выпрямитель большой мощности должен иметь емкостный компенсатор коэффициента мощности.

Параметры вентилей

Начальный скачок обратного напряжения на вентиле определим в момент открытия вентиля . В это время через ранее работающий вентиль в диоду открывающемуся приложено удвоенной напряжени со вторичной обмотки трансформатора

Средний ток вентиля равен

Максимальное обратное напряжение

Вывод 1. Угол управления можно менять в пределах от нуля до 1/2.

Вывод 2. Напряжение (ток) нагрузки в управляемом выпрямителе можно регулировать в пределах от максимального значения до нуля.

Вывод 3. Регулировочная характеристика выпрямителя имеет косинусоидальный характер.

Вывод 4. При расчете напряжение и ток нагрузки достигают величины такой же, как и у неуправляемого выпрямителя.

2. Трехфазный управляемый выпрямитель с нулевым выводом

В момент включения вентиля VS1 на его аноде возникает разница потенциалов

при которой вентиль не должен открыться при отсутствии тока управления. Если вентили считать идеальными, то это заряжение будет падать на индуктивностях обмоток трансформатора. Потому потому можно суммированием определить потери в режиме коммутации.

Ток вентиля в режиме коммутации найдем как сумму стационарной и свободной составляющей токов

Свободная составляющая тока определяется линейным напряжением (10.19)

В момент этот ток становится равным величине

Рассмотрим уравнение (10.21) в начале открытия вентиля VS1

Решая уравнение (10.24) относительно стационарной составляющей тока, получим

\

Окончательно получим выражение для тока коммутации, складывая стационарную и свободную токов в течение переходного процесса

Уравнение (10.26) подтверждает, что в переходный период ток коммутации изменяется по такому же закону, как и в однофазном выпрямителе. Разница лишь в том, что здесь имеется фазовый сдвиг, равный .

2.3 Внекоммутационный режим работы вентиля VS1

В момент процесс коммутации заканчивается, и ток индуктивным фильтром идеально сглаживается до постоянной составляющей

Выражение (10.27) указывает на то, что выпрямленный ток описывается тем же выражением, каким описывается ток однофазного выпрямителя. Разница только в том, что его величина определяется амплитудой линейного напряжения.

Среднее выпрямленное напряжение в режиме холостого хода получим в результате интегрирования с учетом того, что в режиме холостого хода коммутационные явления отсутствуют

Из выражения (10.28) видим, что при изменении угла управления от до напряжение холостого хода изменяется от до . Таким образом, в управляемом выпрямителе с помощью вентильной системы управления можно поддерживать напряжение нагрузки или постоянным или менять его по нужному закону. Уравнение (10.28) называют регулировочной характеристикой. Она имеет косинусоидальный вид.

Вывод 5. Скачек напряжения на открывающемся вентиле, в режиме непрерывного тока, определяется не фазным, а линейным напряжением. Действительно, в режиме непрерывного тока после вентиля VS1 должен открываться вентиль VS3. К аноду вентиля прикладывается фазное напряжение E_В, а к катоду, через открытый вентиль VS1, фазное напряжение E_А.

Следовательно, к вентилю VS3 приложено линейное напряжение E_ВА = E_В - E_А. Линейное напряжение в этот момент больше нуля и создает условие для открытия тиристора VS3 только после точки, попеченной на рисунке символом В.

Вывод 6. При изменении угла управления вентилями от до 0 напряжение (ток нагрузки) на выходе выпрямителя меняется от максимального значения до нуля.

Вывод 7. Токи во вторичных обмотках трансформатора по форме близки к П - образным импульсам, потому электрический расчет трансформатора можно проводить так же, как для однофазного выпрямителя.

3. Мостовая схема мощного трехфазного выпрямителя

3.1 Схема и особенности работы

Схема выпрямителя представлена на рис. 10.5. В этом выпрямителе вентили работают в трех режимах: начальная коммутация, внекоммутационный режим и конечная коммутация. Во внекоммутационных режимах выпрямитель работает как обычный выпрямитель малой мощности. Особенность лишь в том, что дроссель Xd идеально сглаживает пульсации тока, потому они в этот период работы не изменяются во времени и все равны величине Id.

Процесс коммутации по характеру процесса такой же, как в схеме с нулевым выводом трансформатора. Однако особенность в том, что коммутация вентилей происходит в нечетной и четной группе вентилей независимо друг от друга. Например, в точке А начинает открываться вентиль Vs1, а до этого работал в нечетной группе вентиль Vs5. Следовательно на этом этапе произойдет короткое замыкание обмоток трансформатора фазы А и фазы С. Напряжение фазы А в дальнейшем больше напряжения фазы С потому ток короткого замыкания будет протекать по контуру A - Xs - Vs1 - Vs5- Xs - C - A. Ток будет определять линейным напряжением

Следовательно, величина тока короткого замыкания будет такой же, как в схеме с нулевым выводом трансформатора.

В точке «а» меняются в работе вентили V s 6 и V s 2. Ток короткого замыкания будет протекать по контуру В - Xs - V s 6 - V s 2- Xs - C - В, что способствует закрытию ранее работавшего диода V s 6.

Таким образом, за период происходит три коммутации в нечетной и три коммутации в четной группе вентилей. Так же, как в однофазном выпрямителе, при коммутации вентилей происходят коммутационные потери, приводящие к уменьшению выходного напряжения выпрямителя и его КПД.

3.2 Первый коммутационный режим работы вентиля VS1

В момент включения вентиля VS1 на его аноде возникает разница потенциалов трансформатор выпрямитель коммутационный напряжение

при которой вентиль не должен открыться при отсутствии тока управления. Если вентили считать идеальными, то это заряжение будет падать на индуктивностях обмоток трансформатора. Потому потому можно суммированием определить потери в режиме коммутации.

Ток вентиля в режиме коммутации найдем как сумму стационарной и свободной составляющей токов

Свободная составляющая тока определяется линейным напряжением

В момент этот ток становится равным величине

Рассмотрим уравнение 1(10.31) в этот момент открытия вентиля VS1

Решая уравнение (10.33) относительно стационарной составляющей тока, получим

Окончательно получим выражение для тока коммутации, складывая стационарную и свободную токов в течение переходного процесса

Таким образом, расчетные соотношения практически не отличаются от расчетных соотношений, полученных нами для схемы с нулевым выводом трансформатора. По этой причине рассматривать процессы коммутации в четной группе вентилей не имеет смысла. Разница будет лишь в том, что коммутацию нужно рассматривать при отрицательных по знаку полуволнах фазных напряжений.

Внекоммутационный режим работы вентиля VS1

В момент

процесс коммутации заканчивается, и ток индуктивным фильтром идеально сглаживается до постоянной составляющей

Выражение (10.27) указывает на то, что выпрямленный ток описывается тем же выражением, каким описывается ток выпрямителя с нулевым выводом трансформатора.

Среднее выпрямленное напряжение в режиме холостого хода получим по сравнению со схемой с нулевым выводом трансформатора в два раза больше

Из выражения (10.37) видно, что регулировочная характеристика выпрямителя то же имеет косинусоидальный характер. Она позволяет менять выходное напряжение от максимального значения до нуля.

Для удобства процесса расчета выпрямителя приводим таблицу 10 с основными соотношениями его параметров.

3.3 Преимущества трехфазной мостовой схемы выпрямления

Основные достоинства схемы:

- коэффициент запаса мощности трансформатора очень мал;

- малый коэффициент пульсаций;

- не высокие требования к качеству изоляции обмоток трансформатора.

Размещено на Allbest.ru