2 Расчет процессов коммутации выпрямителя

В несимметричном выпрямителе происходит два процесса коммутации:

1. сетевая коммутация неуправляемых вентилей-диодов в начале каждого полупериода напряжения сети;

2. регулируемая (фазовая) коммутация управляемых вентилей-тиристоров в пределах каждого полупериода напряжения сети.

Сетевая коммутация происходит при смене полярности напряжения сети на интервале угла когда изменение полярности напряжения вторичной обмотки трансформатора приводит к возможности открытия диодов VD1 и VD2 (в зависимости от номера полупериода) и закрытия соответственно VD2 или VD1. На интервале угла ток во вторичной обмотке трансформатора (этот ток является одновременно и током коммутации т.е ) уменьшается от величины до нуля вследствие запирания диода VD2 в одном полупериоде или диода VD1 в другом полупериоде.

Процесс уменьшения тока от до нуля во вторичной обмотке трансформатора не может происходить мгновенно, так как трансформатор обладает индуктивностью . Возникающая в его вторичной обмотке ЭДС самоиндукции задерживает процесс спадания тока на угол коммутации , величину которого можно определить из условия, что в интервале этой коммутации будет соблюдаться следующее равенство

Отсюда

_,

Где - амплитудное значение эдс вторичной обмотки трансформатора, В;

- угловая частота, - индуктивное сопротивление обмоток трансформатора.

Из выражения (2.1) можно вывести следующее уравнение

,

где - амплитудное значение тока вторичной обмотки трансформатора.

На интервале сетевой коммутации ток коммутации совпадает (например, для первого полупериода (стрелка «справа-налево»)) с проводящим направлением тока вентиля VD1 и направлен встречно току i_d, проходящему через вентиль VD2, а в другом полупериоде вентили меняются местами. В общем виде выражения токов и в процессе коммутации можно записать как (нарастающий ток) и (спадающий ток). Сетевая коммутация заканчивается при уменьшении тока через вентиль VD2 до нуля, т. е. когда . Отсюда, подставляя уравнение (2.2) в выражение тока при условии получим

Это выражение позволяет получить следующую формулу

Индуктивное сопротивление трансформатора x_т определяем из опыта его короткого замыкания

Подставив выражение (2.4) в (2.3), получим

В интервале регулируемой коммутации от до управляемых вентилей-тиристоров напряжение вторичной обмотки трансформатора также равно нулю, как и во время сетевой коммутации диодов, так как обмотка замкнута накоротко тиристорами, находящимися в открытом состоянии во время этой коммутации, т. е. . Аналогично процессу сетевой коммутации получим выражение тока коммутации :

Регулируемая коммутация заканчивается при уменьшении тока через VS1 до нуля, т. е. когда . Следовательно,

Подставив в это выражение формулу (2.4), получим

При выражение (2.7) будет иметь вид

Подставляя заданные значения , , и принимая для номинального режима нагрузки, вычислим углы коммутации и

,

.

Выполним расчёт и построение кривых токов и протекающих через неуправляемые вентили VD1 и VD2 во время сетевой коммутации (угол ). Согласно выражению (2.2) для нарастающего тока через VD1 запишем

.

Тогда для спадающего тока через VD2 запишем

.

Подставляя в эти формулы значения и выражение (2.4), получим

,

.

Для построения кривых тока и необходимо задаться десятью значениями угла , где n = 0, 1, 2, …, 10 в диапазоне от до т. е. Результаты расчёта надо свести в табл. 2.1

Таблица 2.1

Токи диодов VD1 и VD2 во время сетевой коммутации

	0	0+	2	3	4	5	6	7	8	9	10

По данным табл. 2.1 необходимо построить временную диаграмму токов и (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Временная диаграмма токов диодов VD1 и VD2 во время сетевой коммутации

Расчёт и построение кривых токов и протекающих через управляемые вентили-тиристоры VS1 и VS2 во время регулируемой коммутации, выполним аналогично кривым токов и . Согласно выражению (2.6) в номинальном режиме при и с учётом (2.4) для нарастающего тока через VS2 запишем

Тогда для спадающего тока через VS1 запишем

Для построения кривых тока и необходимо задаться десятью значениями угла , где n = 0, 1, 2, …, 10 в диапазоне от до т. е. Результаты расчёта надо свести в табл. 2.2

Таблица 2.2

Токи диодов VD1 и VD2 во время сетевой коммутации

		+	+2	+3	+4	+5	+6	+7	+8	+9	+

По данным табл. 2.2 необходимо построить временную диаграмму токов и (рис. 2.2).

Анализ кривых токов тиристоров VS1 и VS2 показывает, что коммутация токов этих тиристоров протекает практически прямолинейно (сравните с сетевой коммутацией диодов VD1 и VD2).

Рис. 2.2. Временная диаграмма токов тиристоров VS1 и VS2 во время регулируемой коммутации