3.7. Коммутация и режимы работы выпрямителя

3.7.1. Коммутация в однофазном мостовом управляемом выпрямителе

Выше процесс перехода тока из одного вентиля в другой (процесс коммутации) рассматривался как мгновенный. В действительности из-за наличия в цепи переменного тока индуктивных сопротивлений коммутация имеет определенную длительность. Эти сопротивления обусловлены, в основном, индуктивностями рассеяния обмоток источника и определяются, как правило, из опыта короткого замыкания или расчетным путем. Помимо индуктивного сопротивления, на процессы коммутации влияет и активное сопротивление обмоток, но его влияние значительно меньше.

Рассмотрим процессы коммутации с учетом только индуктивных сопротивлений обмоток источника , полагая при этом выпрямленный ток идеально сглаженным и непрерывным ( ). Поскольку характер процессов коммутации в различных выпрямительных схемах одинаков, он рассмотрен на примере простейшей схемы выпрямления – однофазной мостовой (рис. 3.13).

Предположим, что в проводящем состоянии находятся вентили В1 и В4 и через них протекает ток . Спустя после смены полярности фазного напряжения в момент θ₁ поступают отпирающие импульсы на вентили В2 и В3. Поскольку потенциал анодов В2 и В3 в этот момент положительны относительно катодов, вентили открываются и через них протекает ток .

Начиная с момента θ₁ все вентили оказываются открыты, и вторичная обмотка источника будет замкнутой через них накоротко (ток в нагрузку не идет т.к. ). Под действием э.д.с. источника в контуре коммутации возникает ток короткого замыкания i_К, который является коммутирующим током. Этот ток можно представить в виде двух составляющих, одна из которых продолжает протекает на интервале коммутации через вентили В1 и В4 на протяжении угла (где ) :

,

а вторая начинает протекать через вентили В2 и В3 начиная с

_.

Результирующий ток короткого замыкания

(3.26)

Он направлен от положительного потенциала к отрицательному. Учитывая, что при выпрямленный ток остается неизменным даже в процессе коммутации вентилей, т.е. можно записать:

, (3.27)

где - среднее значение выпрямленного тока (тока нагрузки).

Выражение (3.27) справедливо для любого момента времени. Пока ток проводят вентили В1 и В4 получаем: и . На интервале одновременной проводимости вентилей В1 – В4 и (рис. 3.13), и в конце процесса коммутации ток из вентилей В1, В4 вытесняется в вентили В2,В3, т.е. , а

. (3.28)

Значение угла коммутации вентилей определяется из следующих соображений.

В конце коммутационного процесса на основании (3.26) и (3.28) имеем

(3.29)

или (3.30),

где - амплитудное значение тока короткого замыкания.

Если выпрямитель неуправляемый, то . Обозначив угол коммутации вентилей для этого режима как γ₀, в конце процесса коммутации имеем

,

или (3.31)

Подстановка (3.31) в (3.30) дает:

,

или .

Отсюда угол коммутации вентилей в управляемом однофазном двухполупериодном выпрямителе

. (3.32)

Таким образом, наличие периода коммутации вентилей выпрямителя увеличивает время протекания тока в них по сравнению с идеализированной схемой на угол , т.е. становится равным .

Кроме того, процесс коммутации оказывает непосредственное влияние на выпрямленное напряжение, т.к. на интервалах коммутации мгновенное значение выпрямленного напряжения снижается до нуля. В результате этого происходит уменьшение среднего значения выпрямленного напряжения на величину

.

С учетом (3.19)

.

Следовательно, для однофазного управляемого мостового выпрямителя при среднее значение выпрямленного напряжения с учетом коммутационных процессов в тиристорах:

. (3.33)

Наличие участков коммутации вентилей снижает среднее значение выпрямленного напряжения, а снижение напряжения приведет к уменьшению значения выпрямленного тока.

3.7.2. Коммутация в трехфазном мостовом управляемом выпрямителе

При коммутации в трехфазных схемах выпрямления возникают частичные контуры короткого замыкания между отдельными фазами. При этом мгновенное значение выпрямленного напряжения не падает до нуля, а становится равным среднему арифметическому значению напряжений фаз, в вентилях которых коммутируются токи. Так для трехфазной мостовой схемы выпрямления и трехфазной схеме выпрямления со средней точкой значение выпрямленного напряжения на интервале коммутации тока между вентилями фаз a и b равно

,

где и - мгновенные значения фазных напряжений источника.

На рис. 3.14 представлена диаграмма мгновенных значений выпрямленного напряжения для трехфазной мостовой схемы. Длительность протекания тока через вентили при индуктивной нагрузке, когда ( например через вентиль В1) увеличивается на угол и становится равной .

Угол коммутации вентилей связан с выпрямленным током и углом управления соотношением

.

Падение напряжения, на которое уменьшаются средние значения выпрямленного напряжения, равно:

в трехфазной схеме со средней точкой

;

в трехфазной мостовой схеме

.