Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Силовая электроника. Методические указания к лабораторным работам №1-3 на стенде НТЦ-07.25
.pdf
Рис. 2.11. Работа управляемого выпрямителя на активную нагрузку
На рис. 2.12 приведены графики напряжений при угле управления α = 0,
поясняющие принцип формирования выходного напряжения однофазного мостового выпрямителя.
Рис. 2.12. Формирование выходного напряжения
Как видно из рис. 2.11 и 2.12, тиристоры включаются так, что в первом
полупериоде, когда переменное напряжение имеет положительную полуволну,
работают тиристоры VS1 и VS2, а когда напряжение имеет отрицательную по-
31
луволну – работают тиристоры VS3 и VS4. Поскольку для активной нагрузки
ток по фазе совпадает с напряжением, тиристоры VS1, VS2 выключатся, когда
напряжение между точками 1 и 2 станет отрицательным, а тиристоры VS3 и
VS4 – когда напряжение между точками 1 и 2 станет положительным.
При чисто активной нагрузке ток повторяет по форме напряжение (рис.
2.13). В первом полупериоде ток нагрузки id протекает через вентили VS1 и
VS2, а во втором полупериоде – через вентили VS3 и VS4.
Рис. 2.13. Графики выходного напряжения и тока нагрузки (α = 0)
При угле управления тиристорами α = 0 на резисторе будет пульсирующее напряжение ud и только одной полярности, или, иначе говоря, выпрямленное напряжение (см. рис. 2.13).
Постоянная составляющая выпрямленного напряжения, или его среднее
значение Ud равняется интегралу функции изменения этого напряжения вовре-
мени в течение периода 2⋅π, деленномунаэтотпериод. Дляданнойсхемы вы-
прямления (см. рис. 2.10):
,
где m – число тактов выпрямления (для данной схемы m = 2).
Регулирование выходного напряжения в управляемом выпрямителе осуществляется задержкой момента включения вентилей, которую называют углом
32
управления α. На рис. 2.14 приведены графики выходного напряжения и тока
нагрузки при чисто активной нагрузке управляемого выпрямителя и угле
управления α ≠ 0.
Среднее значение выходного напряжения при активной нагрузке и угле
управления тиристорами α > 0 определяется выражением
где Ud0 – среднее значение выпрямленного напряжения на выходе схемы
при угле управления α = 0.
Рис. 2.14. Графики выходного напряжения и тока нагрузки (α ≠ 0)
Зависимость среднего значения выходного напряжения от угла управления тиристорами называют регулировочной характеристикой управляемого
выпрямителя (Ud = f(α)).
На рис. 2.15 приведена регулировочная характеристика однофазного
двухполупериодного (мостового) выпрямителя при его работе на активную
нагрузку.
33
Рис. 2.15. Регулировочная характеристика однофазного
мостового выпрямителя при активной нагрузке
Рассмотрим теперь работу однофазного управляемого мостового выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку (рис. 2.16). Наличие индуктивности
L в цепи постоянного тока при углах управления α > 0 приводит к тому, что после прохождения питающего напряжения через ноль ток через тиристоры,
находящиеся в проводящем состоянии, продолжает протекать в том же направлении за счет энергии, накопленной в индуктивности. Тиристоры будут находиться в проводящем состоянии до тех пор, пока ток, проходящий через них, не
спадет до нуля.
Например, для положительной полуволны питающего напряжения,
тиристоры VS1, VS2 продолжают проводить ток и после того, как напряжение
питающей сети u1 станет отрицательным. При достаточно большой индуктивности эти тиристоры будут проводить ток до тех пор, пока не будут поданы
управляющие импульсы на тиристоры VS3, VS4. Тогда тиристоры VS3,
VS4 включатся, а тиристоры VS1, VS2 выключатся.
34
Рис. 2.16. Работа управляемого выпрямителя на активно-индуктивную
нагрузку
Таким образом, несмотря на то, что управляющие импульсы поступают
на тиристоры с задержкой на угол α относительно моментов их естественного
включения (ωt = 0, π, 2⋅π…), длительностьпротеканиятокачерезтиристоры оста-
ется равной половине периода напряжения питающей сети.
При ωL = ∞ ток в цепи нагрузки идеально сглажен. При α > 0 ток
нагрузки будет сдвинут относительно выпрямленного напряжения на угол α.
Сдвиг тока относительно напряжения на угол α приводит к появлению в выпрямленном напряжении ud отрицательных участков, что вызывает снижение
его среднего значения Ud. Очевидно, что с ростом угла α площадь отрицательных участков увеличивается, а, следовательно, среднее значение выпрямленного напряжения уменьшается. Среднее значение выпрямленного напряжения является его постоянной составляющей и при ωL = ∞ выделяется на сопротивлении R, а переменная составляющая на индуктивности L.
Учитывая, что форма выпрямленного напряжения повторяется в интервале углов от α до π+α, среднее значение выпрямленного напряжения можно
найти по формуле
Следовательно, среднее значение выпрямленного напряжения становится
равным нулю при α = π/2. В этом случае в выпрямленном напряжении
35
площади положительного и отрицательного участков равны между собой
ипостоянная составляющая отсутствует.
Регулировочная характеристика однофазного мостового управляемого
выпрямителя для активно-индуктивной нагрузки показана на рис. 2.17. На
рис. 2.18 показаны осциллограммы напряжения питающей сети, выпрямленного напряжения на нагрузке (нагрузка активно-индуктивная) и тока
нагрузки для однофазного мостового управляемого выпрямителя с углом
управления тиристорами α = 30 эл. град. Как видно, ток в цепи нагрузки
непрерывен.
Рис. 2.17. Регулировочная характеристика однофазного мостового вы-
прямителя при активно-индуктивной нагрузке
36
Рис. 2.18. Осциллограммы напряжений и токов однофазного мостового управ-
ляемого выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке
(режим непрерывного тока нагрузки)
Если при активно-индуктивной нагрузке управляемого выпрямителя
значение ωL таково, что энергии, запасенной в индуктивности L на интервале,
когда ud> 0, оказывается недостаточно для обеспечения протекания тока id в течение половины периода, то тиристоры VS1, VS2, проводящие этот ток, выключатся раньше, чем будут поданы управляющие импульсы на тиристоры
VS2, VS4, т.е. раньше момента, определяемого углом α.
Такой режим работы схемы при активно-индуктивной нагрузке называется режимом с прерывистым выпрямленным током, или режимом пре-
рывистого тока нагрузки.
На рис. 2.19 показаны осциллограммы напряжения питающей сети,
выпрямленного напряжения на нагрузке (нагрузка активно-индуктивная) и
тока нагрузки для однофазного мостового управляемого выпрямителя с углом
управления тиристорами α = 90 эл. град. Как видно, ток в цепи нагрузки прерывистый.
37
Рис. 2.19. Осциллограммы напряжений и токов однофазного мостового
управляемого выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке
(режим прерывистого тока нагрузки)
При одинаковых углах управления тиристорами α среднее значение выпрямленного напряжения в режиме с прерывистым током нагрузки будет
больше, чем в режиме с непрерывным током, благодаря уменьшению площади
отрицательного участка в кривой выпрямленного напряжения, но меньше, чем
при работе управляемого выпрямителя на активную нагрузку, так как в этом
случае отрицательных участков в кривой выпрямленного напряжения вообще нет. Поэтому в режимах с прерывистым током нагрузки регулировочные
характеристики управляемого выпрямителя будут находиться между регулировочной характеристикой управляемого выпрямителя для чисто активной
нагрузки – 1 и регулировочной характеристикой управляемого выпрямителя
для активно-индуктивной нагрузки для режима непрерывного тока – 2 (рис.
2.20).
Режим работы однофазного управляемого мостового выпрямителя, когда
ток нагрузки спадает до нуля точно в момент включения очередных тиристо-
38
ров, называется граничным, а ток нагрузки в этом случае называется гранично-непрерывным.
Очевидно, чем больше угол управления тиристорами α, тем больше
должна быть индуктивность L, чтобы обеспечить режим работы схемы с непрерывным током нагрузки id. Индуктивность, обеспечивающая при заданных параметрах схемы граничный режим работы, называется критической.
Рис. 2.20. Регулировочные характеристики однофазного мостового
выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке:
1 – регулировочная характеристика при активной нагрузке;
2 – регулировочная характеристика при активно-индуктивной нагрузке.
Управляемые выпрямители чаще всего используются для управления
двигателем по цепи якоря. Однако двигательная нагрузка отличается от активно-индуктивной нагрузки, рассмотренной ранее. Двигательная нагрузка по-
мимо активного сопротивления и индуктивности содержит источник эдс.
Рассмотрим работу однофазного мостового управляемого выпрямителя для случая, когда приемник энергии имеет противо-эдс – e (рис. 2.21).
При конечном значении L и R моменты включения вентилей зависят от
противо-эдс. При угле управления тиристорами α включение вентилей произойдет лишь в тот момент, когда потенциал на анодах тиристоров станет
больше потенциала катодов, т.е. включение тиристоров возможно при U1 ≥ e.
39
Если e ≥ U
вентили не включаются, ток id = 0, а продолжительность прохож-
1,
дения тока через вентиль λ = 0. С уменьшением e угол λ возрастает, и в пределе
при (e = 0) имеем λ = 360 эл. град. (при угле управления α = 0 эл. град.). В зависимости от угла λ имеем несколько режимов работы схемы.
Рис. 2.21. Работа управляемого выпрямителя на активно-индуктивную
нагрузку с противо-эдс
В режиме I угол 0 < λ < 180 и выпрямленный ток имеет прерывистый характер. В режиме II угол λ ≥ 180 и выпрямленный ток имеет непрерывный характер.
Из-за наличия в нагрузке источника противо-эдс процессы коммутации
вентилей усложняются. Изменяются и регулировочные характеристики
управляемого выпрямителя.
Контрольные вопросы
1. В чем отличие двухполупериодной схемы выпрямления от однополу-
периодной?
2. Что такое регулировочная характеристика вентильного преобразовате-
ля?
3. Управляемый двухполупериодный выпрямитель работает на активную нагрузку от однофазной сети переменного напряжения (действующее
значение напряжения равно 220 В). Определите среднее значение напряжения на нагрузке при угле управления 90 эл. град. и 60 эл. град.
4. Что такое режим прерывистого тока нагрузки?
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]