Однофазных управляемых выпрямителей

В выпрямителях средней и большой мощности возрастает влияние э.д.с., создаваемых в первичной и вторичной обмотках трансформатора их магнитными потоками рассеяния.

Повышение роли индуктивностей рассеяния сказывается на процессе перехода тока нагрузки с одного тиристора на другой (процесс коммутации). В маломощных выпрямителях ввиду относительной малости индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора, указанный переход тока протекает за короткий интервал времени. Коммутацию тока в этих выпрямителях считают мгновенной и не учитывают. В выпрямителях же средней и большой мощности интервал коммутации, характеризуемый углом , может занимать довольно значительную часть длительности рабочих процессов. Коммутационные процессы здесь оказывают существенное влияние на работу, показатели и характеристики выпрямителя. Влияние индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора , , а при более точных расчётах – и индуктивности питающей сети , учитывается суммарной индуктивностью.

= + ( + )( )

(или суммарным индуктивным сопротивлением ), приведенной к вторичной обмотке трансформатора.

Процесс коммутации, а также его влияние на показатели и характеристики выпрямителя рассмотрим вначале для однофазной схемы с нулевым выводом. Поскольку неуправляемый выпрямитель является частным случаем управляемого при = 0, анализ проводится для управляемого выпрямителя. При = 0 все полученные соотношения действительны для неуправляемого выпрямителя. Нагрузка принимается активно-индуктивной с ∞.

Временные диаграммы, поясняющие влияние коммутационных процессов в схеме выпрямителя, приведены на (рис. 9.4.5 б – е).

Влияние проявляется в том, что при подаче отпирающего импульса на очередной тиристор индуктивные сопротивления и затягивают процесс уменьшения до нуля тока проводившего тиристора и нарастания до значения тока тиристора, вступающего в работу (рис. 9.4.5 д). В результате, на интервале коммутации в проводящем состоянии одновременно находятся оба тиристора выпрямителя (тиристоры Т1 и Т2 на рис. 9.4.5 а). Эти тиристоры создают короткозамкнутый контур для последовательно соединённых вторичных обмоток трансформатора с суммарным напряжением 2 и сопротивлением + . Если считать = , то к каждому из этих сопротивлений прикладывается

Силовые полупроводниковые преобразователи с коммутацией от сети 237

Рис. 9.4.5. Электромагнитные процессы в схеме УВ

238 Электронные аппараты

напряжение . Напряжение на нагрузке при учёте угла коммутации определяется выражением:

. (3.3)

Уравнение (3.3) описывает внешние характеристики управляемого выпрямителя. Для различных значений угла управления они представляются семейством параллельных прямых (9.4.6). Наклон характеристик зависит от величины приведенного к вторичной обмотке трансформатора суммарного реактивного сопротивления . Выпрямителю, выполненному на диодах (неуправляемый выпрямитель), соответствует внешняя характеристика со значением = 0. Здесь же пунктиром показаны внешние характеристики управляемого выпрямителя без учёта коммутации. Эти характеристики построены по уравнению 3.2. Они представляют собой прямые параллельные оси тока.

Коммутационные явления в схеме управляемого выпрямителя приводят к возрастанию фазового сдвига потребляемого тока относительно напряжения питания. Фазовый сдвиг первой гармоники потребляемого тока (1) растёт пропорционально углу коммутации и составляет .

Кривая напряжения на тиристоре (см. рис. 9.4.5 в) отличается от аналогичной кривой (рис. 9.4.1 в) увеличением интервала его проводимости на время коммутации. С учётом угла к тиристору при запирании прикладывается скачок обратного напряжения равный .

Рис. 9.4.6. Внешние характеристики однофазного УВ

Силовые полупроводниковые преобразователи с коммутацией от сети 239

Коммутационные процессы в однофазном подобны процессам в однофазной схеме с нулевой точкой. Особенность заключается в том, что на этапе коммутации в проводящем состоянии находится одновременно все четыре тиристора.

Уравнение внешних характеристик мостовой схемы записывается в виде:

. (3.4)

Первая гармоника потребляемого тока (1) в мостовой схеме также сдвинута в сторону отставания относительно напряжения питания на угол .

9.4.3. Трёхфазные управляемые выпрямители

Рис. 9.4.9. Трёхфазные управляемые выпрямители

Рис. 9.4.10. Напряжение на выходе трёхфазного мостового УВ

при =60 и >60

Силовые полупроводниковые преобразователи с коммутацией от сети 241

При > 60 в кривой выходного напряжения появляется пауза. Напряжению = 0 теперь будет отвечать значение угла = 120 .

Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от угла (регулировочная характеристика) при 60 определяется выражением

, (3.5)

где = 2,34 .

Участок регулировочной характеристики на интервале находится из выражения

, (3.6)

Регулировочная характеристика трёхфазного мостового выпрямителя, построенная по выражениям 3.5, 3.6, приведена на рис. 9.4.11.

Кривые анодных токов тиристоров и тока потребления так же, как и в схеме однофазного управляемого выпрямителя (рис. 9.4.4) отличаются от синусоиды. Амплитуда обратного напряжения на тиристоре равна 1,045 . Это величиной определяется не только обратное напряжение, но и возможное значение амплитуды прямого напряжения на тиристоре при регулировании угла .

Рис. 9.4.11. Регулировочная характеристика трёхфазного

мостового выпрямителя

242 Электронные аппараты

Коммутация токов, обусловленная наличием индуктивности в цепи питания, протекает так же, как и в схемах однофазных выпрямителей. Коммутационные падения напряжения сказываются на форме кривой напряжения и уменьшения его среднего значения , которое для трёхфазной схемы определяется из уравнения

, (3.7)

где - напряжение, определённое из (3.5), либо (3.6) без учёта коммутации.

Соотношение (3.7) является уравнением внешних характеристик трёхфазного управляемого выпрямителя.

9.4.4. Энергетические характеристики