2.1.2. Работа выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке

В

Рис. 2.5. Управляемый выпрямитель при активно-индуктивной нагрузке

ключение индуктивности L в цепь выпрямленного тока изменяет характер электромагнитных процессов в схеме управляемого выпрямителя (рис. 2.5).

Наличие индуктивности L изменяет величину и форму выпрямленного напряжения , а также характер токов нагрузки и тиристоров . Проанализируем работу управляемого выпрямителя при некотором угле управления , диаграммы тока нагрузки и выпрямленного напряжения (рис. 2.6).

При включении тиристора в момент времени цепь нагрузки подключается к обмотке трансформатора с напряжением . Ток нагрузки (рис. 2.6, б) плавно увеличивается от нулевого до амплитудного значения под действием напряжения , что соответствует запасанию магнитной энергии: в индуктивности . Уменьшение приложенного к нагрузке напряжения сопровождается уменьшением тока , однако после смены полярности напряжения ток в цепи нагрузки продолжает протекать благодаря запасенной в индуктивности магнитной энергии. Известно, что закрытие тиристора происходит только при уменьшении до нуля прямого анодного тока, поэтому тиристор остается в проводящем состоянии в течение некоторого времени после смены полярности напряжения . Его закрытие произойдет при снижении до нуля тока нагрузки , протекающего через тиристор. Через открытый тиристор в цепь нагрузки в течение интервала поступает напряжение вторичной обмотки отрицательной полярности и появляются участки отрицательного напряжения в форме кривой выпрямленного напряжения (рис. 2.6, а). Длительность этих интервалов определяется постоянной времени цепи нагрузки, например при большей индуктивности увеличивается запасенная в ней магнитная энергия, поэтому ток в цепи нагрузки поддерживается на интервале больше . В соответствии с этим в форме напряжения расширяется интервал с отрицательными значениями напряжения (рис. 2.6, а). Аналогичные процессы происходят во втором полупериоде после подачи импульса управления на тиристор в момент  =₂. При некоторой величине индуктивности участки с отрицательным напряжением занимают весь интервал , а ток нагрузки имеет непрерывный характер. Таким образом, влияние индуктивности в цепи нагрузки проявляется в том, что в форме напряжения нагрузки появляются участки напряжения отрицательной полярности, которые приводят к уменьшению среднего значения выпрямленного напряжения .

Рис. 2.6. Диаграммы, поясняющие работу управляемого выпрямителя

Приведем диаграммы токов и напряжений управляемого выпрямителя для наи­более характерного для практики параметра нагрузки с (рис. 2.7, а–е). В этом случае участки с отрицательным напряжением (рис. 2.7, б) распространяются на весь интервал , а форма тока нагрузки (рис. 2.7, в) принимает вид прямой линии со значением тока . С измене­нием формы тока изменяются диаграммы токов тиристоров (рис. 2.7, г, д), которые имеют вид прямоугольных импульсов с амплитудой .

Включение индуктивности приводит к изменению формы тока первичной обмотки трансформатора (рис. 2.7, а). Он становится прямоугольным по форме и отстает от сетевого напряжения на угол , определяемый углом регулирования . Амплитуда сетевого тока зависит от величины тока нагрузки и коэффициента трансформации трансформатора .

Рис. 2.7. Диаграммы работы управляемого выпрямителя с L → ∞

Индуктивность в цепи нагрузки приводит также к увеличению интервалов проводимости тиристоров выпрямителя на время  по сравнению с чисто активной нагрузкой. В форме токов вентилей отсутствуют токовые паузы, поэтому они работают поочередно. При работе одного из тиристоров к другому прикладывается суммарное напряжение обмоток трансформатора: , поэтому диаграмма напряжения на интервалах закрытого состояния тиристора (рис. 2.7, е) представляет собой отрезки кривой напряжения: .

Определим влияние индуктивности L на среднее значение выпрямленного напряжения . Расчет произведем с помощью диаграммы выпрямленного напряжения (рис. 2.7, б) на интервале повторяемости , включающем интервалы положительных и отрицательных значений кривой . Напряжение описывается тем же аналитическим выражением (2.1), с учетом изменившихся пределов интегрирования. В результате расчета получаем

, (2.4)

где – среднее значение выпрямленного напряжения при .

При расчете (2.4) принято во внимание, что .

Уравнению (2.4) соответствует регулировочная характеристика управляемого выпрямителя (рис. 2.4) для L = ∞. Из рис. 2.4 следует, что при одинаковом угле регулирования  кривая для L = ∞ расположена ниже кривой, для которой L = 0. Это объясняется наличием участков с отрицательным напряжением в кривой при работе выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку, вызывающих уменьшение среднего значения . Кроме того, участки с отрицательным напряжением сокращают диапазон регулирования угла . Так, при  = 90 эл. град интервалы с положительными значениями становятся равными отрицательным участкам напряжения , в результате этого среднее значение напряжения становится равным нулю. Регулировочные характеристики, соответствующие другим значениям индуктивности нагрузки 0 < L < ∞, располагаются между кривыми L = 0 и L = ∞ (рис. 2.4).