Силовая преобразовательная техника
.pdf
VS3
VS1 |
VS3 |
VS1 |
Рис. 15.2. Временные диаграммы работы однофазного полностью управляемого выпрямителя
На рис. 15.2 обозначено: γ – интервал коммутации.
В момент времени подаются открывающие импульсы на тиристоры
VS1 и VS4. Индуктивность La (в данном случае индуктивность рассеивания трансформатора) будет препятствовать быстрому нарастанию тока в тиристорах
VS1 и VS4 и спаданию тока в тиристорах VS2 и VS3. Поэтому на интервале коммутации проводят ток все четыре вентиля. Схема замещения выпрямителя на этом интервале имеет вид, представленный на рис. 15.3.
71
Рис. 15.3. Схема замещения выпрямителя при
Поскольку на интервале коммутации |
|
проводят ток все четыре вентиля, то |
трансформатор оказывается замкнутым накоротко.
Для контура, содержащего тиристоры VS1 и VS4 можно записать:
e U2 Là dtdi 0 ,
а для контура, содержащего тиристоры VS2 и VS3: e U2 Là dtdi 0 .
Поскольку на интервале коммутации нагрузка замкнута накоротко, то
мгновенное значение выходного напряжения и выпрямленной ЭДС уменьшается на величину U x :
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||
|
E E U x |
|
|
e( )d , |
|
|||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2U2 |
. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin |
||||||
Ux |
|
|
e( |
)d |
|
|
|
|
|
|
d |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Для интервала коммутации : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2 Là |
di |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
U |
|
, |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
||||||||
72
тогда
|
|
L |
|
di |
|
|
Ux |
|
|
d |
|||
a |
|
|||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
0 |
dt |
|
|
|
|
|
|
|
d
d ( t) dt |
L |
|
di |
|
L |
|
|
dt |
|||||
a |
|
a |
||||
|
|
|
|
|||
|
|
0 |
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
di
0
.
Учитывая, что за интервал коммутации
к новым пределам интегрирования:
ток изменяется от 0 до
I
, перейдем
R |
|
L |
|
a |
|||
|
|
||
Ï |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
L |
I |
|
L |
|
U |
x |
|
a |
|
di |
a |
I , |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– сопротивление, обусловленное перекрытием анодов вентилей.
RП La X a ,
2 2
U |
|
|
2 L |
|
a |
||
|
|
|
|
|
x |
|
2 |
|
|
|
I
.
(15.1)
Вобщем виде падение напряжения от перекрытия анодов вентилей запишется
ввиде:
U x |
|
m' La |
I m' RП I , |
(15.2) |
|
||||
|
|
2 |
|
|
где m' – пульсность схемы выпрямления (число пульсов выпрямленной ЭДС за
период питающего напряжения).
73
16. ВНЕШНЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫПРЯМИТЕЛЯ
Внешней характеристикой выпрямителя называется зависимость постоянной составляющей выпрямленного выходного напряжения U от тока нагрузки I при постоянном значении угла открывания , т.е. зависимость:
U f (I ) при
const
.
Обобщенно, выпрямитель может быть представлен схемой замещения,
приведенной на рис. 16.1.
Рис. 16.1. Схема замещения выпрямителя |
|
|||
где Е – среднее значение выпрямленной ЭДС: |
|
|||
для полностью управляемых выпрямителей: |
|
|
||
E E0 cos ; |
|
(16.1) |
||
для полууправляемых схем: |
|
|
||
E E0 |
1 cos |
|
; |
(16.2) |
|
||||
2 |
|
|
|
|
при этом E0 kсхU1ф U2ф ;
Rтр Rар – суммарное активное сопротивление обмоток трансформатора
(либо анодного реактора), по которым в данный момент времени протекает ток нагрузки;
Rï – сопротивление, обусловленное углом перекрытия анодов.
74
|
Rп |
m X |
|
|
a |
, |
|
|
2 |
||
|
|
|
|
U в |
– суммарное падение напряжения на полупроводниковых элементах |
||
схемы, по которым в данный момент времени протекает ток нагрузки.
Согласно схеме замещения:
U
E |
R |
R |
R |
I |
|
тр |
ар |
п |
|
UВ
.
(16.3)
В упрощенном виде представляем вентили активными сопротивлениями, т.е.
считаем, что Uв const .
Внешние характеристики в этом случае будут представлять собой ряд параллельных прямых, наклоненных к оси тока (рис. 16.2).
Рис. 16.2. Внешние характеристики выпрямителя
RТР R1 ' R2 ф ,
RАР RАР ф ,
где R1 – активное сопротивление первичной обмотки фазы трансформатора,
приведенное ко вторичной обмотке;
R2 – активное сопротивление фазы вторичной обмотки трансформатора.
75
Rп
m
|
L |
L |
|
тр |
ар |
2 |
|
|
.
(16.4)
В мостовых схемах выпрямителя в каждый момент времени ток проходит по двум фазам (рис. 16.3), следовательно:
R |
|
2 R |
|
|
, |
|
ТР |
ТР |
|
|
|||
R |
ДР |
2 R |
ДР |
, |
||
|
|
|
|
|||
L |
АР |
2 L |
АР |
. |
||
|
|
|
|
|||
Рис. 16.3. Схема трехфазного мостового выпрямителя
76
17. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛУУПРАВЛЯЕМОГО ТРЁХФАЗНОГО МОСТОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ
Силовая электрическая схема трехфазного мостового полууправляемого
выпрямителя представлена на рис. 17.1, а временные диаграммы его работы – на
рис. 17.2.
Рис. 17.1. Схема трехфазного мостового полууправляемого выпрямителя
77
U
Ud 
I
IVS1
IVS2
IVS3
IVD1
IVD2
IVD3
Uобр VS1
Uобр VD4
α
Ua Ub Uc
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
Рис. 17.2. Временные диаграммы работы трехфазного мостового полууправляемого выпрямителя
78
Несимметричные выпрямители находят широкое применение в устройствах небольшой мощности. При работе на активно-индуктивную нагрузку и изменении угла управления 0≤ α ≤π/3 кривая выпрямленного напряжения имеет вид,
показанный на рис. 17.2. При увеличении угла α в кривой выпрямленного напряжения Ud, в отличие от симметричного мостового выпрямителя,
отрицательные участки не появляются. При переходе положительной полуволны напряжения работающего тиристора через нуль (например, VS1) он продолжает проводить ток с вступающим в работу диодом VD4 той же фазы. Цепь нагрузки оказывается зашунтированной одновременно проводящими ток тиристором VS1 и
диодом VD4, а напряжение на нагрузке равно нулю. Этот интервал длится до вступления в работу очередного тиристора VS3. В кривой выпрямленного напряжения появляются паузы, от момента перехода положительной полуволны напряжения питания через нуль до вступления в работу очередного тиристора.
При α=π тиристоры полностью заперты и напряжение на нагрузке равно нулю.
Среднее значение выпрямленного напряжения для всего диапазона изменения угла управления α определяется выражением:
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
( 1 cos ) |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
6 |
|
3 |
|
|
U |
|
)d E |
|
|
|||
U |
|
|
|
(U |
|
|
, |
(17.1) |
|||||||
d |
|
|
|
A |
B |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
где E0 Kсхе U1ф(2ф) , где Kсхе – схемный коэффициент по ЭДС, Kсхе = 2,34.
Особенностью работы выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке в диапазоне регулирования π/3≤ α ≤π является то, что при снятии сигнала управления не удаётся запереть все тиристоры. При снятии сигнала управления происходит запирание двух тиристоров, а третий остаётся открытым за счет э.д.с.
самоиндукции нагрузки и через него протекает ток нагрузки. Это приводит к снижению диапазона регулирования напряжения и ухудшению использования вентилей по току.
Для повышения эффективности работы выпрямителя в его схему вводят нулевой диод VD0, шунтирующий нагрузку. При наличии нулевого диода индуктивность нагрузки разряжается через него и не препятствует запиранию
79
тиристоров. Это позволяет реализовать полный диапазон регулирования выпрямленного напряжения, определяемого выражением (17.1). При угле управления α ≤π/3 нулевой диод VD0 всё время заперт и надобность в нём отпадает.
При увеличении угла управления α возрастает коэффициент пульсаций.
Поэтому несимметричные мостовые выпрямители применяют при небольшом диапазоне регулирования (αmax ≤π/3).
При активно-индуктивной нагрузке в диапазоне регулирования 0≤ α ≤π/3
коэффициенты искажения и мощности для несимметричного выпрямителя определяются выражениями:
|
3 |
|
|
||
|
||
|
3 |
|
|
||
|
cos |
|
, |
||
|
2 |
|||
|
|
|
|
|
cos |
2 |
|
||
|
|
|||
|
|
2 |
||
|
|
|
||
.
На интервале π/3≤ α ≤π для выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой и нулевым диодом коэффициенты искажения и мощности равны:
|
|
6 cos |
|
||||||||
|
|
2 |
, |
||||||||
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|||
|
|
|
7 |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
6 |
|
|
cos 2 |
|||||||
|
|
|
|
|
2 |
. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|||
|
|
|
7 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Среднее значение тока вентиля:
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||
|
1 |
6 |
|
3 |
|
I |
|
|
||
Iвср |
|
|
i( ) d |
. |
(17.2) |
|||||
2 |
|
3 |
||||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
6 |
|
|
|
||||
Действующее значение тока вентиля:
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||
|
1 |
6 |
|
3 |
|
I |
|
|
||
Iв.д |
|
|
i2 ( ) d |
. |
(17.3) |
|||||
2 |
|
3 |
||||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
6 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|