I. Исследование трёхфазного мостового выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке

Особенностью работы выпрямителя на такую нагрузку является то, что ток через индуктивность, в отличии от напряжения, не может меняться мгновенно.

Рис.1 Принципиальная схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку.

Ucb Uab Uac Ubc Uba Uca

Рис.1.1 Кривые мгновенных линейных напряжений.

На рис.1.1 приведена схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя. Для рассмотрения работы этой схемы, построим линейные напряжения (рис 1.1). Угол управления отсчитывается от точек естественного отпирания вентилей. Импульсы управления подаются на те тиристоры, потенциал анода которых в рассматриваемый момент времени имеет наивысшее значение по отношению к потенциалу анода остальных тиристоров.

Рис.1.2 Расчетная схема мостового управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой в пакете MatLab (Simulink).

а)

б)

в)

Рис.1.3 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 0º,

Lγ =0.001Гн, L_B=0.053 Гн, и Rн=Rв (Ud=440 В):

а) кривая мгновенного значения напряжения и её гармоник.

б) кривая мгновенного значения тока и её гармоник.

в) Кривые мгновенных значений фазных токов

При угле управления α = 0^о на тиристоры будет подаваться импульсы управления в момент естественной коммутации вентилей. В таком случае при положительном потенциале точки а’ относительно точки b’ к анодам тиристоров Т1 и Т6 будет приложен положительный потенциал, а к их катодам – отрицательный, что приведет к их открываю. Ток будет протекать по цепи a –La – a’ – T1 – R_н –Lн – T6 – b’ – Lв – b.

Далее точка b становиться более положительна по сравнению с точкой с. Из-за этого разность потенциалов у линейного напряжения u_ac становиться большей по сравнению с остальными напряжениями. В этот момент подаются импульсы управления на тиристоры Т1 и Т2. Возникает контур коммутации встречно току тиристора Т6. Ток Т6 снижается до нуля и тиристор закрывается. После этого ток начинает протекать по контуру

a– La – a’ – T1 – R_н –Lн – T2 – c’ – Lc– c .

а)

б)

в)

Рис.1.4 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 75º,

Lγ =0.001Гн, L_B=0.053 Гн, и Rн=Rв (Ud=440 В):

а) кривая мгновенного значения напряжения и её гармоник.

б) кривая мгновенного значения тока и её гармоник.

в) Кривые мгновенных значений фазных токов

Для рассмотренного случая (α = 75º,) в момент времени, когда потенциал точки а’ больше потенциала точки b’ и ток проводят тиристоры Т1, Т6 по цепи a – Ra – La – a’ – T1 – R_н –Lн – T6 – b’ – Lв – Rв – b. В момент времени t1 (рис. 1.4а) когда потенциал точки а становиться более положителен по отношению к потенциалу точки с, ток проводиться по прежнему тиристорами Т1 и Т6. Это происходит благодаря накопленной электромагнитной энергии в катушке индуктивности W_L= . В момент времени t2 (рис. 1.4а), когда u_bc становится более положительным по сравнению с напряжением u_ab, к тиристору Т6 должно приложиться запирающее напряжение. Но в катушке индуктивности чтобы поддержать течение тока в предыдущем направлении возникает ЭДС самоиндукции, которая преодолевает линейное напряжение u_bс до тех пор пока на тиристор Т2 не подадут импульс управления, момент t3 (рис. 1.4а). После этого возникнет контур коммутации в – Rв – Lв – в’ – T6 – T2 – с’ – Lс – Rс – с, встречный току Т6, который впоследствии зарывается.

а)

б)

в)

Рис.1.5 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 0º,

Lγ =0.001Гн, L_B=0. 53 Гн, и Rн=Rв (Ud=440 В):

а) кривая мгновенного значения напряжения и её гармоник.

б) кривая мгновенного значения тока и её гармоник.

в) Кривые мгновенных значений фазных токов

Из рисунка 1.5 следует, что выпрямленное напряжение имеет только четные гармоники кратные 6 (это 6, 12, 18) и постоянную составляющую (нулевую гармонику). Сетевой ток содержи только нечетные гармоники (это 1, 5, 7 ,11, 13 и др.). В результате гармонического анализа, проведенного для различных углов управления, мы получили зависимости величин гармоник тока сети и напряжения на нагрузке от угла α. Данные проведённых исследований представлены в таблицах 1 и 2. Протекание высших гармоник по обмоткам генераторов, питающих сеть, вызывает в них дополнительные потери и нагрев. Дополнительные потери создаются так же в передающих линиях и промежуточных трансформаторах. Падение напряжения от высших гармоник на линиях передач и промежуточных трансформаторах вызывает искажение формы питающего напряжения , что отрицательно сказывается на работе других потребителей. Искажение формы питающего напряжения особенно ощутимо, когда мощность сети соизмерима с мощностью силового преобразователя.

а)

б)

в)

Рис.1.6 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 75º,

Lγ =0.001Гн, L_B=5,3 Гн, и Rн=Rв (Ud=440 В):

а) кривая мгновенного значения напряжения и её гармоник.

б) кривая мгновенного значения тока и её гармоник.

в) Кривые мгновенных значений фазных токов

На рис. 1.6 3 гармоника третья гармоника напряжения больше, чем первая. Средне выпрямленное напряжение на нагрузке = 117В Но благодаря большой индуктивности ток на нагрузке практически не имеет пульсаций. При угле регулировании ›60⁰ происходит рекуперация энергии в сеть.

Таблица №1 Амплитуды гармоник (В), входящих в

состав выпрямленного напряжения.

		Напряжение на нагрузке
№ гармоники	Угол	0	6	12		18	24
	0	439,62	33,34	10,03		4,47	3,99
	60	219,87	134,62	66,56		44,35	32,92
Амплитуда	75	117,32	148,97	73,95		49,43	36,85

Таблица №2 Амплитуды гармоник (А),

входящих в состав тока фазы А.

		Сетевой ток
№ гармоники	Угол	1	5	7	11	13
	0	20,24	3,9	2,71	1,58	1,25
	60	9,82	1,96	1,57	0,97	0,92
	75	5,21	1,03	0,97	0,55	0,62
Амплитуда

Рис.1.7 Внешняя характеристика управляемого выпрямителя при разных индуктивностях рассеивания Lγ

Рис.1.8 Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой при Lв=0,053 Гн; 0,53 Гн; 5,3 Гн.