8. Коммутация тока вентилей в преобразователях (выпрямителях)

При рассмотрении принципа действия выпрямителей мы не учитывали индуктивностей рассеивания, включённых со стороны питающей сети: так называемые анодные индуктивности (индуктивность трансформатора или анодного реактора). При этом мы предполагали, что коммутация токов вентилей происходит мгновенно. Однако в реальных условиях при наличии анодных индуктивностей существуют интервалы работы, когда одновременно проводят ток два смежных по фазе вентиля, в одном из них ток нарастает, а в другом спадает. Эти интервалы одновременной работы вентилей называются периодом или интервалом коммутации. Рассмотрим процесс коммутации токов вентилей в однофазном мостовом выпрямителе при условии, что ток в нагрузке не имеет пульсаций, анодная индуктивность не равна нулю ( ).

Рисунок 32 – Однофазный мостовой полностью управляемый выпрямитель

Р исунок 33 – Временные диаграммы работы однофазного полностью управляемого выпрямителя

где γ – интервал коммутации.

В момент времени подаются открывающие импульсы на тиристоры VS1 и VS4. Из-за наличия индуктивности (в данном случае индуктивность рассеивания трансформатора) эта индуктивность будет препятствовать быстрому нарастанию тока в тиристорах VS1 и VS4 и спаданию тока в тиристорах VS2 и VS3, поэтому на интервале проводят ток все четыре вентиля.

Рисунок 34 – Схема замещения при Θ =

Поскольку на интервале коммутации проводят ток всё четыре вентиля, то трансформатор оказывается замкнутым накоротко.

Для контура, содержащего тиристоры VS1 и VS4 можно записать: ,

Для контура, содержащего тиристоры VS2 и VS3 можно записать: ,

Поскольку на интервале коммутации нагрузка замкнута накоротко, то мгновенное значение выходного напряжения и выпрямленной ЭДС уменьшается на величину :

, ,

Для интервала коммутации : , тогда

,

Учитывая, что за интервал коммутации ток изменяется от 0 до , перейдем к новым пределам интегрирования: ,

– сопротивление, обусловленное перекрытием анодов вентилей:

,

В общем виде падение напряжения от перекрытия анодов вентилей запишется в виде:

, ,

где – пульсность схемы выпрямителя (число пульсов выпрямленной ЭДС за период питающего напряжения);

m – число фаз.

9. Внешняя характеристика выпрямителя

Внешней характеристикой выпрямителя называется зависимость постоянной составляющей выпрямленного выходного напряжения от тока нагрузки при постоянном значении угла открывания α.

при .

Обобщенно, выпрямитель может быть представлен следующей схемой замещения:

Рисунок 35 – Схемой замещения выпрямителя

где - среднее значение выпрямленной ЭДС.

Для полностью управляемых выпрямителей: .

Для полууправляемых схем:

При этом

- суммарное активное сопротивление обмоток трансформатора (либо анодного реактора), по которым в данный момент времени протекает ток нагрузки.

-сопротивление, обусловленное углом перекрытия анодов.

- суммарное падение напряжения на полупроводниковых элементах схемы, по которым в данный момент времени протекает ток нагрузки.

Согласно схемы замещения:

В упрощенном виде, представляем вентили активными сопротивлениями. Тогда внешние характеристики в этом случае будут представлять собой ряд параллельных прямых, наклоненных к оси тока.

Рисунок 36 – Внешние характеристики выпрямителя

- активное сопротивление первичной обмотки фазы трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке.

R₂ – активное сопротивление одной фазы вторичной обмотки трансформатора.

Рисунок 37 – Схема трехфазного мостового выпрямителя