18. Работа выпрямителей на нагрузку индуктивного характера. Временные диаграммы токов и напряжений в цепях и элементах схемы.
При работе многофазного (на схеме трехфазного) однотактного выпрямителя на нагрузку rд, последовательно с которой включен дроссель (рис. 4.12.) с достаточно большой индуктивностью (тL>>rн), реакция нагрузки на выпрямитель будет определяться индуктивностью дросселя. Если принять индуктивность дросселя бесконечно большой (L), то любое изменение тока в дросселе будет создавать в его обмотке бесконечно большую э.д.с. самоиндукции (eS=-Ldi0/dt), препятствующую изменениям тока. Следовательно, ток как в дросселе, так и в нагрузке Iо не может претерпевать изменений во времени.
При идеальные вентилях (rпр=0 и rобр=) и трансформаторе (rтр=0 и Xтр=0) выпрямленное напряжение uo, как и при работе на активную нагрузку, имеет форму кривой, огибающей напряжения в фазах вторичных обмоток трансформатора (рис. 4.13), и может быть представлено гармоническим рядом
Так как ток в нагрузке Io не претерпевает изменений во времени (при rн=соnst), то н напряжение на нагрузке постоянно и равно:
При бесконечно большой индуктивности дросселя переменная составляющая выпрямленного напряжения будет на его обмотке
Каждая фаза вторичной обмотки трансформатора работает в течение периода один раз, и длительность работы фазы составляет 1/m часть периода. В любой момент работает только одна фаза, имеющая наибольшее положительное напряжение. При этом ток н фазе вторичной обмотки трансформатора и в вентиле неизменен и равен току нагрузки Io, т. е. ток в фазе вторичной обмотки может быть изображен прямоугольной зависимостью с высотой Iо и основанием 2/m (рис. 4.13.).
Рис. 4.12. Схема трехфазного выпрямителя работающего на нагрузку индуктивного характера.
Рис 4.13. Кривая выпрямленного напряжения и тока и фазе вторичной обмотки трансформатора m-фазной схемы выпрямителя, работающей на индуктивную нагрузку
Среднее значение тока в вентиле и в фазе вторичной обмотки трансформатора
и действующее значение тока
Таким образом, коэффициент формы кривой тока вторичной обмотки трансформатора при работе выпрямителя на нагрузку индуктивного характера
.
Это выражение показывает, что с увеличением числа фаз выпрямления действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора возрастает при неизменном среднем значении, так как при этом сокращается время работы каждой фазы, и содержание высших гармонических в кривой тока увеличивается. Вследствие этого ухудшается использование трансформатора, и его габаритная мощность возрастает с увеличением числа фаз выпрямления. На (рис. 4.14.а) изображены кривые тока в фазе вторичной обмотки трансформатора выпрямителя, работающего на нагрузку индуктивного характера и при двух-. трех- и шестифазной схеме выпрямления и одинаковых средних -значениях тока вентиля. При емкостном характере нагрузки (рис 4.14.б) длительность работы фазы (2) меньше, чем при индуктивном, и при одинаковых средних значениях тока вентиля (имеются в виду одинаковые схемы выпрямления и примерно одинаковые мощности в нагрузке) содержание высших гармоник в кривой тока iс будет больше чем в кривой iL. Поэтому при работе выпрямителя на нагрузку емкостного характера действующее значение тока в вентиле и в обмотках трансфоматора, а также габаритная мощность последнего значительно больше, чем при работе выпрямителя на индуктивную нагрузку
Рис. 4.14. Кривые тока в фазе вторичной обмотки трансфоматора и в вентиле.
а – для двух- (i2), трех- (i3) и шестифазной (i6) схемы при работе на индуктивную нагрузку; б – при работе на индуктивную (iL) и емкостную (iC) нагрузки.
Габаритная (расчетная) мощность вторичной цепи трансформатора
так как в однотактных схемах т2=т.
Напряжение первичной обмотки трансформатора равно напряжению вторичной обмотки, умноженному на коэффициент трансформации n при одинаковых схемах соединения обмоток (звезда—звезда), т. е.
а при различных схемах соединения обмоток (многоугольник—звезда) появится еще дополнительный множитель 2 sin (/m). Ток в фазе первичной обмотки равен току фазы вторичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации и множитель, характеризующий схемы соединения первичных и вторичных обмоток. При одинаковых числах фаз первичной и вторичной обмоток (m1=m2) в кривой тока фазы первичной обмотки нет постоянной составляющей, т. е.
а при различном числе фаз (m2.>m1) в кривой тока первичной обмотки будет несколько импульсов тока, т. е.
Габаритная мощность первичной цепи трансформатора при т2=m1 равна:
Габаритная мощность цепи первичных обмоток меньше, чем цепи вторичных, так как в первом случае (m2 =m1) кривая тока первичной обмотки не содержит постоянной составляющей, а во втором случае (m2>m1) повышается использование первичных обмоток.
Габаритная мощность трансформатора определяется из выражения