3.3. Однофазная мостовая схема выпрямления

Неуправляемая однофазная схема выпрямления представляет собой мост, в плечи которого включены вентили, а в диагональ моста - нагрузка (рис. 3.3). Рассмотрим сначала работу системы выпрямления на активную нагрузку.

На интервале времени напряжение источника является прямым по отношению к диодам В1 и В4. Они открываются и пропускают ток в нагрузку R_d по цепи: вторичная обмотка источника - В1 – Rd – В4 (рис. 3.3, а,б).

Вентили В2 и В3 на этом интервале времени будут закрыты, т.к. напряжение источника по отношению к ним будет обратным. При мгновенное значение напряжения источника и ток в цепи спадают до нуля, вентили В1 и В4 закрываются, а вентили В2 и В3 открываются, поскольку потенциал точки в становится положительным по отношению к потенциалу точки а. На интервале ток в нагрузку будет протекать по цепи: вторичная обмотка источника – В3 – Rd – В2.

Таким образом, в нагрузке будет протекать постоянный пульсирующий ток . При активной нагрузке ток повторяют форму напряжения (рис. 3.3, в). С учетом (3.3) и (3.6) средние значения выпрямленного напряжения и выпрямленного тока на интервале повторяемости :

, (3.10)

. (3.11)

Амплитуда обратного напряжения на вентилях при мостовой схеме выпрямления определится амплитудой фазного напряжения, т.к. к каждому непроводящему плечу моста приложено фазное напряжение источника (рис. 3.3, г)

. _(3.12)

Коэффициент схемы , а мощность на активной нагрузке с учетом (3.7):

_,

т.е. в два раза больше, чем при однополупериодной схеме выпрямления (см. 3.8).

Максимальное значение тока, проходящего по вентилям в соответствии с (3.11):

. _(3.13)

Среднее значение тока вентиля равно половине тока нагрузки, т.к. каждый вентиль проводит ток в течение полупериода:

В управляемой однофазной схеме выпрямления в плечах моста установлены тиристоры (рис. 3.4, а) /2/. На каждом полупериоде напряжение к нагрузке будет приложено на интервале . Поэтому среднее значение напряжения при активной нагрузке определиться как

(3.14)

Соответственно среднее значение выпрямленного тока при активной нагрузке будет равно:

. (3.15)

При работе управляемой схемы выпрямления значение может меняться, поэтому параметры элементов схемы целесообразно рассчитывать на напряжение и ток при , т.е. по зависимостям (3.12) и (3.13).

Наличие индуктивности L_d в нагрузке меняет характер изменения токов и напряжений.

Ели индуктивность очень велика, т.е. можно считать, что , выпрямленный ток непрерывен и идеально сглажен, т.е. не имеет пульсаций (рис. 3.4.г). Отсюда следует, что даже при снижении напряжения до нуля на проводящих вентилях, через них будет протекать ток за счет энергии, запасенной в индуктивности (рис. 3.4.в). Эти вентили будут пропускать ток до тех пор, пока не откроются два другие вентиля (после подачи на них управляющих импульсов) и ток вытеснится в них. Таким образом, несмотря на то, что управляющие импульсы поступают на вентили через после смены полярности напряжения, длительность протекания тока через каждый диод составляет Т/2.

Среднее значение выпрямленного напряжения является его постоянной составляющей и выделяется на (см. § 3.7), а переменная составляющая выделяется на . Сдвиг тока относительно напряжения на приводит к появлению в выпрямленном напряжении отрицательных участков. что вызывает снижение его среднего значения U_d (рис. 3.4.г). Очевидно, что с увеличением площадь отрицательных участков напряжения увеличивается, а среднее значение выпрямленного напряжения уменьшается:

_(3.16)

Согласно (3.16) U_d становится равным нулю при , когда площади положительного и отрицательного участков равны между собой и постоянная составляющая напряжения отсутствует.

Максимальное значение обратного напряжения на тиристорах

_.

- максимальное значение токов через тиристоры

.

- среднее значение тока вентиля равно току нагрузки

При в соответствии с (3.16) постоянная составляющая напряжения становится отрицательной, т.е. прикладывается к нагрузке в обратном направлении (рис. 3.6). Это свойство симметричных мостов используется для увеличения скорости затухания тока короткого замыкания в нагрузке при аварийных режимах.

Зависимость называется регулировочной характеристикой выпрямителя; она показывает изменение постоянной составляющей напряжения в зависимости от угла управления тиристорами. Регулировочная характеристика однофазной мостовой схемы выпрямления приведена на рис. 3.5.

Если рассмотреть цепь, где энергии запасенной в индуктивности недостаточно для протекания в нагрузке непрерывного тока, то проводящие вентили закроются раньше, чем будут поданы отпирающие импульсы на другие два вентиля (рис. 3.7). За счет энергии, запасенной в индуктивности ток будет продолжать протекать через открытые вентили на протяжении угла γ после того, как напряжение u_ав станет для них отрицательным (рис. 3.7, б). Чем больше значение электрической постоянной времени цепи - , тем больше будет угол γ. При этом форма выпрямленного тока значительно искажается по отношению к форме напряжения и имеет прерывистый характер (режим работы с прерывистым выпрямленным токам). Сдвиг тока относительно напряжения на приводит к появлению в выпрямленном напряжении отрицательных участков, что вызывает снижение его среднего значения. При такой нагрузке выпрямленные значения напряжения и тока нагрузки будут меняться в зависимости от и (рис 3.7, в).

Регулировочные характеристики данной схемы выпрямления зависят от отношения и соответствуют приведенным на рис. 3.5.