2 УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

ГЛАВА

2.1. УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ОДНОФАЗНОГО ТОКА

2.2. УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

2.3. ВЫСШИЕ ГАРМОНИЧЕСКИЕ В КРИВОЙ ВЫПРЯМЛЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ И ПЕРВИЧНОГО ТОКА ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

2.4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

2.5. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ УПРАВЛЯЕМЫХ

ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ

ТОК

В большинстве случаев при применении выпрямителей средней и большой мощности приходится решать задачу управления средним значением выпрямленного напряжения Ud .

Значительно более широкое применение для регулирования напряжения на нагрузке получил фазовый способ, основанный на управлении во времени моментом отпирания вентилей выпрямителя. Этот способ базируется на использовании управляемых вентилей - тиристоров или мощных транзисторов, в связи с чем выпрямитель называется управляемым.

Использование фазового способа регулирования выходного напряжения в системах выпрямления наложило свой отпечаток на ход электромагнитных процессов в таких системах электроснабжения. В первую очередь это сказалось: 1) на форме кривых напряжений и токов в цепях нагрузки и питающей сети; 2) на режиме работы вентиля в проводящую и непроводящую части периода; 3) на характеристики выпрямителя, ставшие зависимыми от режима управления, но больше всего регулирование отразилось на балансе активной и реактивной мощностей и мощности искажения в цепи переменного тока.

Кроме внешней характеристики, в выпрямителях практический интерес представляет так же регулировочная характеристика, определяющая зависимость выходного напряжения от угла управления.

Цель главы – ознакомиться с общей структурой построения управляемых вентильных выпрямителей переменного тока в постоянный ток; изучить основные режимы работы таких выпрямителей, спектральный состав и энергетические показатели.

После изучения главы необходимо знать

• Особенности работы управляемых силовых вентилей в устройствах преобразования напряжения и тока.

• Принципы управления выходных регулируемых параметров тока и напряжения.

• Принципы построения графиков изменения во времени токов и напряжений.

• Методы расчета управляемых выпрямителей.

• Принципы расчета основных схем выпрямления. Выбор элементной базы выпрямителей.

• Влияние высших гармоник на питающую сеть.

• Энергетический баланс выпрямительных установок.

• Составляющие полной потребляемой мощности выпрямителем из питающей сети.

• Параметры, определяющие качество электрической энергии и электромагнитной совместимости управляемых выпрямителей с питающей сетью.

2.1. Однофазные управляемые выпрямители

2.1.1. Однофазный управляемый выпрямитель

Принципиальная схема однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя приведена на рис. 2.1. Временные диаграммы при чисто активной нагрузке приведены на рис.2,б. Активно-индуктивной нагрузке отвечает диаграмма анодного (вторичного) тока на рис. 2.1, в. Она строится так же как и для неуправляемого выпрямителя (рис.2.1, б и в) по двум ее составляющим: 1) составляющей вынужденного режимаи 2) составляющей свободного режима.

Рис. 2.1. Работа однофазного управляемого выпрямителя

на активно-индуктивную нагрузку

Разница заключается только в том, что начальное значение свободной составляющей тока равняется с противоположным знаком мгновенному значению вынужденного тока при угле , а не при t=0, как у неуправляемого выпрямителя.

Принужденная составляющая равна

, где . (2.1)

Свободная составляющая тока равна

(2.2)

Постоянная интегрирования А находится из условия, что ток при t =

(2.3)

Полный анодный ток в этом случае равен

(2.4)

Напряжение на сопротивлении Rd пропорционально току. Его характеризует пунктирная кривая на рис.2.1, в. Разность между переменным напряжением(мгновенное значение) и напряжением на нагрузкев период прохождения тока воспринимает на себя индуктивностьX_d . Изменение напряжения U_L на индуктивности X_d показано на рис. 2.1, г. Пока нарастает, ЭДС самоиндукцииотрицательна. Это соответствует накоплению энергии в магнитном поле индуктивности. При уменьшении токаЭДС самоиндукции положительна. Часть этой ЭДС тратится в сопротивленииRd , а другая ее часть компенсирует вторичное ее напряжение трансформатора , когда оно отрицательно. Это обеспечивает прохождение тока и в течение некоторой доли отрицательной части периода.

Кривая выпрямленного тока в рассматриваемой схеме при    всегда прерывиста. Фактическая продолжительность тока в нагрузке  (и через вентиль) может быть определена приравниванием к нулю выражения (2.4) после подстановки в него t =

Это дает

(2.5)

По уравнению (2.5) могут быть найдены значения  для различных значений в функции угла (рис. 2.2). Среднее значение выпрямленного напряжения за время работы вентиля можно найти по выражению

(2.6)

или , (2.7)

где - среднее значение выпрямленного напряжения при= 0 (неуправляемый выпрямитель при Id =0)

Среднее значение тока в нагрузке Id

. (2.8)

Начальный скачек обратного напряжения определяется для момента времени ωt =

. (2.9)

Рис. 2.2. Характеристики управляемого однофазного

однополупериодного выпрямителя при R, L нагрузке