СЭ_ВСП_УП

2.4.1. Анализ работы однополупериодного (однопульсного)

однофазного выпрямителя.

Схема однополупериодного однофазного выпрямителя представлена на рис.6.а, являясь простейшей, очень удобна для рассмотрения сущности процесса выпрямления. На рисунке в качестве вентиля представлен тиристор, однако учитывая принятые допущения (идеальные ВАХ вентилей) его можно рассматривать и как диод в случае нулевого угла управления.

Анализ работы любого выпрямителя включает в себя построение временных диаграмм, иллюстрирующих электромагнитные процессы,

происходящие во всех элементах схемы. Рассмотрим работу схемы на различные виды нагрузок.

2.4.1.1. Работа однопульсного УВ на активную нагрузку

Особенностью активной нагрузки ZH = RH является ее пассивность,

невозможность накопления энергии, возможность скачкообразного изменения в ней как протекающего тока, так и напряжения.

На первичную обмотку W1 трансформатора Тр поступает переменное напряжение сети, формирующее напряжение на вторичной обмотке,

изменяющееся по закону:

u2ф(ωt) = U2фmax sinωt.

Вторичное напряжение является опорным при построении временных диаграмм. При положительной полуволне, в момент времени t=α (рис.6.б α=0, рис.6.в α ) на тиристор VS поступает управляющий импульс,

тиристор скачком открывается, напряжение на нем падает до нуля (прямым напряжением на тиристоре в большинстве случаев можно пренебречь) и

все напряжение вторичной обмотки трансформатора оказывается приложенным к нагрузке. В случае диода: диод мгновенно открывается только в тот момент времени, когда на его анод подается положительный

22

потенциал по отношению к катоду. Учитывая, что нагрузка чисто активная,

ток в цепи нагрузки меняется до конца полупериода пропорционально напряжению.

Мгновенное значение выпрямленного напряжения в диапазоне изменения угла управления в пределах t определяется:

uн (ωt) =U2фmax sin ωt ,

Во втором полупериоде , то есть в интервале времени t 2 ,

напряжение на нагрузке равно нулю uн (ωt)=0, так как вентиль закрыт

а

Рис.6. Однопульсный однофазный выпрямитель:

Рис.6.а –схема, б, в - временные диаграммы напряжения и тока нагрузки при активной нагрузке, при этом рис.6.б соответствует работе

23

тиристора с нулевым углом управления (диода), рис.6.б - работе тиристора с ненулевым углом управления

(к аноду диода прикладывается отрицательное напряжение, а в случае тиристора – ток, протекающий через VS в момент времени ωt=π, спадает

Выражение (2.1) является регулировочной характеристикой однополупериодного однофазного (однопульсного)выпрямителя при

работе на активную нагрузку.

При =0 среднее значение выпрямленного напряжения равно

Ud0 = .

Мгновенное значение выпрямленного тока определяется:

iн(ωt)=0 при t 2 ,

где Rн , R – активные сопротивления нагрузки и источника (вторичной обмотки трансформатора) соответственно.

Среднее значение выпрямленного тока нагрузки, тока тиристора и

Действующее значение тока нагрузки, тиристора и вторичной обмотки трансформатора может быть определено как:

24

Максимальное обратное напряжение на тиристоре равно амплитудному значению напряжения вторичной обмотки:

Uvsmax =U2фmax =π Ud0

Мощность вторичной обмотки трансформатора:

S2 = U2ф I2ф,

Уравнение магнитного равновесия трансформатора при пренебрежении тока намагничивания определено как:

i1ф W1 = -( i2ф – Id ) W2 ,

где i1ф , i2ф - мгновенные значения первичного и вторичного токов;

Id - постоянная составляющая тока вторичной обмотки,

W1 , W2 - число витков в первичной и вторичной обмотках,

Тогда можно найти мгновенное значение тока первичной обмотки трансформатора:

i1ф = ( i2ф – Id ),

где = n - коэффициент трансформации.

Полученное выражение показывает, что мгновенные значения первичного и вторичного токов отличаются друг от друга на коэффициент трансформации n (за вычетом из мгновенного значения вторичного тока постоянной составляющей Id, которая не трансформируется в первичную обмотку).

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора для однополупериодного управляемого выпрямителя определяется:

25

значительное увеличение намагничивающего тока трансформатора по сравнению с током намагничивания при отсутствии постоянной составляющей, а это вызывает необходимость увеличения сечения провода первичной обмотки и размеров трансформатора.

2.4.1.2. Работа однопульсного УВ на активно-индуктивную нагрузку

Рассмотрим работу однополупериодного выпрямителя на активно-

индуктивную нагрузку, причем Rн хн, х =0. Если соотношение активной и индуктивной составляющей хн 5 7 Rн, можно считать нагрузку практически «чисто индуктивной». То есть по законам электротехники ее можно рассматривать как дополнительный источник накапливаемой энергии. Учитывая это и тот факт, что ток в индуктивности всегда непрерывен и не может изменяться скачком, временная диаграмма изменения тока в нагрузке существенно отличается от представленной на рис.6.б,в.

В момент времени t= , начиная с которого к аноду тиристора будет приложен отрицательный потенциал, ток не достигает нулевого значения.

Накопленная в нагрузке ЭДС самоиндукции:

Ен =

приведет к протеканию тока в прежнем направлении по всем элементам цепи: нагрузке, тиристору, до спадания величины этого тока до нуля.

Индуктивность Lн замедляет нарастание тока iн при отпирании тиристора и препятствует его уменьшению при снижении напряжения Е2ф. Интервал проводимости тиристоров для активной нагрузки составляет = - , для индуктивной нагрузки этот интервал увеличен на угол , величина которого определяется параметрами нагрузки.

Временные диаграммы, характеризующие работу однополупериодного УВ на активно-индуктивную нагрузку представлены на рис.7.

26

Среднее значение выпрямленного напряжения определяется

Рис.7.Временные диаграммы напряжения и тока однопульсном УВ с активно-индуктивной нагрузкой с ненулевым углом управления.

Последнее выражение является регулировочной характеристикой однопульсного управляемого выпрямителя.

Ток в цепи нагрузки на интервале проводимости тиристоров находят из анализа переходного процесса, обусловленного отпиранием тиристора при наличии индуктивности в цепи. Ток определяется суммой двух составляющих: вынужденной и свободной. Вынужденная составляющая

27

Свободная составляющая тока нарастает и спадает по экспоненциальному закону:

t iнсв Ае ,

где Lн - постоянная времени цепи. Полный ток нагрузки

Rн

iн ( t) iнсв iнвын . Учитывая начальные условия, а именно,

Iн=0 при t= ;

окончательное выражение мгновенного тока нагрузки:

Последнее выражение используется для определения величины , а,

следовательно, интервала проводимости тиристора ’= +. - . В том случае, когда индуктивным сопротивлением обмотки трансформатора Х не пренебрегают, увеличивается длительность проводящего состояния тиристора, поскольку увеличивается до величины

arctg Lн La , Rн

а мгновенное значение тока приобретает вид:

Рассмотренная схема однополупериодного (однопульсного) УВ используется на практике крайне редко, так как в ней используется только часть мощности трансформатора, выпрямленное напряжение имеет большую переменную составляющую, преобразователь обладает низким КПД.

28

2.4.2. Анализ работы однофазного нулевого управляемого

выпрямителя.

Схема однофазного нулевого управляемого выпрямителя(ОНУВ)

иначе называемого однофазным управляемым выпрямителем со средней точкой представлена на рис.6.б. Анализ проводится при принятых ранее

допущениях: идеальность трансформатора ( xa 0;W21 W22 ) и вентилей

(ΔUпр=0). Особенностью схемы является наличие двух вторичных обмоток,

соединенных таким образом, что они создают систему напряженийU21 и U22

, сдвинутых относительно друг друга на 180o . Рассмотрим работу ОНУВ при различных нагрузках.

2.4.2.1.Анализ работы ОНУВ на активную нагрузку

Анализ работы любого выпрямителя включает в себя построение временных диаграмм, иллюстрирующих электромагнитные процессы,

происходящие во всех элементах схемы.

Временные диаграммы, характеризующие работу схемы в случае активной нагрузки, построены для двух углов управления 0 и 0

(рис8.).

Временные диаграммы показывают, что пульсность схемы m=2.

Длительность нахождения тиристора в открытом состоянии равна :

среднее значение выпрямленного напряжения, в общем виде являющееся регулировочной характеристикой ОНУВ со средней точкой:

29