20. Коммутация токов в выпрямителях. Угол управления и угол коммутации.

Коммутация токов. В реальных схемах из-за наличия в цепи перемен­ного тока индуктивных сопротивлений, в частности индуктивных сопротивлений обмоток трансформатора, обусловленных в основ­ном потоками рассеянии в магнитной системе трансформатора, процесс коммутации имеет определенную длительность.

Эти сопротивления определяются из опыта короткого замыка­ния вторичных обмоток трансформатора и при анализе схем учи­тываются в виде общих (для каждой фазы) эквивалентных индук-тивностей L_s ,представляющих собой суммарную индуктивность вторичной обмотки и приведенную по числу витков индуктив­ность первичной обмотки. Помимо индуктивного сопротивления на процессы коммутации влияет и активное сопротивление обмо­ток, но его влияние в нормальных режимах работы значительно меньше. Поэтому процессы коммутации рассматриваем с учетом только индуктивных сопротивлений обмоток, полагая при этом выпрямленный ток идеально сглаженным (wL_d = бесконечность). Учитывая оди­наковый характер процессов коммутации в различных схемах, остановимся на наиболее простой схеме выпрямления — одно­фазной двухлолупериодной.

На рис. 2.19 представлены эквивалентная схема однофазного двух полупериод ного выпрямителя на тиристорах и диаграммы

напряжений и токов, поясняющие процесс коммутации токов. Индуктивные сопротивления обмоток учтены введением в схему индуктивностей L_s Предположим, что в проводящем состоянии находится тиристор VS1 В момент Q₁ поступает управляющий им­пульс на тиристор VS2. Поскольку потенциал анода тиристора от­носительно катода в этот момент положителен, тиристор включа­ется.

Начиная с момента Q₁ оба тиристора будут включены, и вто­ричные полуобмотки трансформатора окажутся замкнутыми че­рез них накоротко. Под воздействием ЭДС вторичных полуобмо­ток е_а и е_b в короткозамкнутой цепи (контуре коммутации) возни­кает ток короткого замыкания i_K, который является коммутирую­щим током. Этот ток в любой момент времени, начиная с Q₁, можно определить как сумму двух составляющих — установив­шейся i'_k и свободной i''_k, которые рассчитываются по следующим соотношениям:

где U₂ — действующее значение напряжения вторичной полуоб­мотки; x_s = wL_s; а — угол управления.

Результирующий ток короткого замыкания с учетом (2.41) и (2.42) можно записать в виде

Этот ток направлен от полуобмотки b с большим потенциалом к полуобмотке а с меньшим потенциалом (на рис. 2.19 указано направление тока i_к при включении тиристора VS2 и выключении тиристора VS1). Учитывая, что выпрямленный ток при wL_d= бесконечность в период коммутации остается неизменным, можно записать для узла 0 или 0' следующее уравнение токов:

где I_d — среднее значение выпрямленного тока или тока нагрузки. Уравнение (2.44) справедливо для любого момента времени. Пока ток проводит только тиристор VS1, получаем i_vsl - I_d и i_vs2 = 0. На интервале одновременной проводимости тиристоров VS1 и VS2 (интервал коммутации тока с тиристора VS1 на тиристор VS2) i_vs1 = I_d- i_k и i_VS2 = I_К. Когда ток будет проводить только тиристор VS2, получим: i_vs2= I_d, i_VS1 = 0.

Длительность интервала коммутации характеризуется обычно углом коммутации у, который может быть определен из следую­щего уравнения [6):

Обозначив угол коммутации у при угле а = 0 через y₀ можно записать

Подставляя в исходное уравнение значение у₀, получаем

Согласно (2.47) с ростом угла а уменьшается угол коммутации у. Физическая сущность этого явления состоит в том, что с увеличе­нием угла а растет напряжение, под действием которого возникает ток i_K в контуре коммутации и, следовательно, до значения I_d он нарастает быстрее.

Следует отметить, что длительность протекания тока в тирис­торах по сравнению с идеализированной схемой увеличивается на угол у и становится равной п + у.

Процесс коммутации оказывает непосредственно влияние на выпрямленное напряжения U_d, так как на интервалах коммутации мгновенное значение выпрямленного напряжения в указанной схеме снижается до нуля (см. рис. 2.19). В результате этого происходит уменьшение среднего значения выпрямленного напряжения на

Из (2.47) и (2.48) можно получить

Среднее значение выпрямленного напряжения с учетом (2.49) равно

Угол управления

Управление выходным выпрямленным напряжением сводится к управлению во времени моментом отпирания тиристора. Это делается короткими импульсами с крутым фронтом (иголка). Если тиристор открыт в течении всего полупериода, то на выходе получается пульсирующее напряжение, аналогично неуправляемому выпрямителю. При изменении времени задержки отпирания тиристоров меняется выпрямленное напряжение в сторону уменьшения. Это видно из графиков ниже. Для каждой задержки соответствует определенный угол сдвига по фазе между напряжением на тиристоре и сигналом управления. Этот угол называется углом управления или регулирования и определяется как α=ωt_з. t_з - то самое время задержки, ω - угловая частота (ω=2πf).