3.2. Компенсационные выпрямители

Улучшение технико-экономических и эксплуатационных характеристик выпрямителя можно достичь путем использования в силовых цепях преобразователей полностью управляемых ключевых устройств – запираемых тиристоров GTOили биполярных транзисторов с запираемым затворомIGBT. Более мощные схемы полностью управляемых преобразователей, с целью эффективного ограничения перенапряжений и уменьшения массогабаритных показателей защитных цепей, целесообразно оснащать фильтрами на основе полярных конденсаторов.

Схема мостового преобразователя на силовых транзисторах изображена на рис. 3.13. Дополнительно данный преобразователь оснащен устройством, состоящим из маломощного неуправляемого выпрямителя на диодах VD1-VD6, катодного Сф1 и анодного Сф2 фильтров, вспомогательных транзисторовVT7 иVT8 и диодовVD7 иVD8.

В основу работы положен принцип действия вентильного звена, изображенного на рис. 3.13, где рассмотрена работа катодной группы вентилей. Аналогично будет работать и анодная группа вентилей.

Рис. 3.13. Принципиальная схема компенсационного преобразователя

Аналитическое исследование переходных и установившихся процессов в компенсационных преобразователях затрудняет сравнительно высокий порядок описывающих дифференциальных уравнений. Особенно трудоемким оказывается описание неустановившихся режимов, когда обычные допущения, облегчающие рассмотрение стационарных процессов, оказываются неприемлемыми.

Всвязи с этим, одной из задач является разработка методики расчета переходных процессов в компенсационном преобразователе на основе использования формализованных приемов матричного исчисления. С этой целью поведение рассматриваемого преобразования описывается с помощью совокупности переменных, образующих вектор переменных состояния. Понятие состояния, введенное Тюрингом в 1936 г., часто используется при анализе систем автоматического управления [72,73,74]. На задачи электротехники математический аппарат метода переменного состояния получил распространение в работах Г.В. Зевеке, П.А. Ионкина и других [75,76]. Большое признание данный подход получил при исследовании вентильных и машино – вентильных устройств [78,79,80]. Согласно понятиям, лежащим в основе этого метода, поведение рассматриваемых преобразователей на каждом ĵ-ом интервале между переключениями вентилей будем описывать системой линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами в нормальной форме записи .

где

• вектор переменных состояния, образуемый независимыми токами индуктивностей и напряжениями емкостей;

Аj- основная квадратичная матрица постоянных коэффициентов ( параметров расчетной схемы замещения устройства );

вектор воздействующих переменных (ЭДС сети и цепи нагрузки);

Вj- прямоугольная матрица постоянных коэффициентов (матрица связи).

Общее решение матричного уравнения ( 3.24 ) отыскивается с помощью интеграла свертывания [75] .

где

начальное значение вектора состояния в момент времениt=to;

expAjt- переходная матрица.

Такая форма решения исходных уравнений исключает необходимость отыскания постоянных интегрирования, что упрощает процесс припассования при исследовании вентильных систем. Решение уравнения (3.24) связано с отысканием переходной матрицы, способ вычисления которой зависит от вида корней характеристического уравнения

Установлено, что корни уравнения (3.26) рассматриваемых устройств чаще всего комплексные, поэтому при вычислении матричного экспоненциала рекомендуется использовать методы преобразований Лапласа и разложение матрицыexpAjtв степенной ряд [74].