3.3. Компенсированные выпрямители

3.3.1. Установившиеся режимы и энергетические характеристики

компенсированного преобразователя с конденсаторным фильтром

Одним из наиболее экономически выгодных способов управления вентильными преобразователями рассматриваемого класса является управление с поддержанием выходного коэффициента сдвига по первой гармонике на уровне близком к единице. Оснащение компенсированного преобразователя конденсаторным фильтром придает ему ряд новых свойств [25-30].

Работа фильтра рассмотрена в разделе 3.1.3, рис3.7.

На базе рассмотренного узла искусственной коммутации на рис.3.15 приведена принципиальная схема компенсированного преобразователя.

Рис. 3.15. Принципиальная схема компенсированного преобразователя

Аналитическое исследование переходных и установившихся процессов в преобразователях затрудняет сравнительно высокий порядок описывающих дифференциальных уравнений. Особенно трудоемким оказывается описание неустановившихся режимов, когда обычные допущения, облегчающие рассмотрение стационарных процессов, оказываются неприемлемыми. В связи с этим, одной из задач является разработка методики расчета переходных процессов в преобразователе на основе использования формализованных приемов матричного исчисления.

3.3.1. Установившиеся электромагнитные процессы и границы режимов в мостовом компенсированном преобразователе

В компенсированном преобразователе во всем диапазоне регулирования выходного напряжения и тока существует несколько режимов, различающихся законом изменения структуры схемы на интервале повторяемости длительностью 120 эл. градусов.

Границы этих режимов определяются значением угла управления и длительностью коммутации в катодной и анодной группах. Рассмотрение режимов будем вести в той очередности, в какой они сменяют друг друга при увеличении угла управления. Схемы замещения преобразователя приведены на рис. 3.16 [39].

а) б)

Рис. 3.16. Расчетные схемы замещения токопроводящих цепей

преобразователя на интервалах повторяемости

Совместим начало интервала повторяемости с началом коммутации в катодной группе. При этом будет несколько режимов. Для удобства записи уравнений примем обозначения: х_а – эквивалентное индуктивное сопротивление фазы трансформатора; х_с – емкостное сопротивление конденсатора фильтра; х_d – индуктивное сопротивление нагрузки; Е – противо-ЭДС нагрузки; t – угловая текущая координата; R_а – эквивалентное активное сопротивление фазы трансформатора; R_d – активное сопротивление нагрузки;  – угол регулирования (абсолютное значение); е_х=х_аI/U; e_r=R_aI/U; q=x_d/x_a; =E/(U); =R_d/R_a; .

Режим 1. Условия его существования .

В соответствии со схемой замещения (рис. 3.16) получены уравнения для первого этапа искусственной коммутации в катодной группе

(3.55)

Начальное значение переменных

Переключение конденсатора фильтра в цепь выходящей из работы фазы А сопровождается началом второго этапа коммутации. В соответствии со схемой замещения (рис. 3.6) для интервала

(3.56)

Начальные значения переменных

(3.57)

Процесс коммутации в катодной группе, описываемой уравнениями (3.56), (3.57), заканчивается в момент достижения тока выходящей из работы фазы А нулевого значения.

Уравнение для тока нагрузки на первом внекоммутационном интервале

Начальное значение тока

.

В момент времени начинается коммутация в анодной группе вентилей. Уравнения, описывающие процесс естественной коммутации в анодной группе на интервале

(3.58)

при начальных значениях переменных

где –значение тока выходящей из работы фазы в момент начала естественной коммутации.

Рис. 3.17. Временные диаграммы напряжений и токов

в преобразователе в первом режиме

Уравнения для тока нагрузки на втором внекоммутационном интервале

. (3.59)

Как следует из диаграмм напряжений и токов, представленных на рис. 3.17, данный режим отличается тем, что коммутации в вентильных группах протекают в разное время. При значениях угла управления в зоне искусственная коммутация в катодной группе начинается в условиях, когда естественная коммутация в анодной группе еще не закончилась (рис. 3.17).

Режим 2.

От предыдущего данный режим отличается тем, что число состояний увеличилось за счет интервала совместного протекания коммутаций в группах.

Согласно схеме замещения (рис.3.16,б) для интервала совместного протекания коммутаций имеем

(3.60)

Начальные значения переменных

где - токи фаз А и В в момент начала коммутации в катодной группе, соответственно.

Из рис. 3.18 следует, что включение конденсатора фильтра в цепь фазы В способствует завершению коммутации в анодной группе. При этом ток нагрузки частично переходит в цепь конденсатора. Следующий этап начинается когда ток фазы В достигает нулевого значения и начнет вновь возрастать, изменив направление.

Рис. 3.18. Временные диаграммы напряжений токов