10. Токи вторичных и первичных обмоток питающего трансформатора для трехфазной нулевой схемы выпрямления.

Ток, протекающий по вторичным обмоткам трансформатора под действием ЭДС этих обмоток, обусловливает величину тока в нагрузке- I_d. Ток в нагрузке складывается из прямоугольных импульсов фазных токов и, при принятых допущениях является идеально гладким.

Трансформатор включен по схеме звезда – звезда. Пренебрегая токами намагничивания трансформатора, ввиду их малости по сравнению с рабочими токами, и, приняв для простоты k_тр =1 (w₁ = w₂), напишем уравнения для магнитных контуров на основании 2-го закона Кирхгофа для магнитных цепей.

Рис 12

Кроме того, в соответствии с 1-ым законом Кирхгофа, сумма всех трех токов первичных обмоток трансформатора равняется нулю. На основании этих законов запишем систему уравнений:

i_A  i_a + i_b  i_B = 0

i_B  i_b + i_c  i_C = 0 (3-5)

i_A + i_B + i_C = 0

Так для интервала ₁  ₂ можно записать:

i_a = I_d ; i_b = i_c = 0

Тогда, решая систему, находим значения первичных токов:

i_A= (2/3) I_d ; i_B =i_C = -(1/3) I_d

Аналогично, для интервала ₂  ₃ можно найти:

i_B = (2/3) I_d ; i_A =i_C = -(1/3) I_d

Для интервала ₃  ₄ :

i_C= (2/3) I_d ; i_A =i_B = -(1/3) I_d .

При принятых условиях и допущениях (k_тр =1, трансформатор и вентили идеальные) диаграммы токов во всех обмотках трансформатора выглядят следующим образом:

При к_тр > 1 ((w₁/w₂)>1) первичные токи будут в k_тр раз меньше, чем те, которые определены по полученным формулам.

Так для интервала ₁  ₂

i_A= (1/ k_тр)*(2/3) I_d и т.д.

Суммарная намагничивающая сила по каждому из стержней в данной схеме оказывается отличной от нуля. Так, например, в стержне фазы А действует н.с. на интервале ₁  ₂ :

F_A = (i_a - i_A)*w = (I_d - (2/3) I_d )*w = (1/3)w *I_d

на интервале ₂  ₄ :

F_A = (i_a - i_A)*w = (0 - (1/3) I_d )*w = (1/3)w *I_d

Таким образом, характерной особенностью трехфазной нулевой схемы является наличие нескомпенсированных намагничивающих сил и, вызванных ими потоков вынужденного намагничивания. Эти потоки замыкаются частично по сердечнику, по стальной арматуре трансформатора, частично по воздуху и при больших токах нагрузки могут привести к насыщению магнитопровода.

Для избежания этого приходится завышать сечение магнитопровода и, тем самым, утяжелять трансформатор.

Так, в трехфазной мостовой схеме форма первичного тока симметрична относительно нулевого значения и имеет следующий вид:

Рис 13 а)

Существует закономерность: чем ближе форма первичного тока питающего трансформатора к синусоиде, тем выше энергетические показатели схемы.

11 Вопрос

Рабочие процессы в тиристорном преобразователе при мгновенной коммутации. Зависимость . Регулировочные характеристики.

Тиристорный преобразователь при мгновенной коммутации.

Как было показано, неуправляемый выпрямитель может обеспечить только одно значение ЭДС на выходе (e_d0), т.е. максимально возможное в схеме. Для получения возможности регулирования величины ЭДС преобразователь выполняют управляемым, включая вместо неуправляемых вентилей, тиристоры. Естественно, при этом, необходимо организовать систему управления тиристорами, однако, на начальном этапе рассмотрения работы управляемого преобразователя, будем предполагать, что включение тиристоров, т.е. подачу на их управляющие электроды импульсов, мы можем обеспечить в любой, желательный для нас, момент времени.

Рис 14

Если управляющие импульсы подавать на управляющие электроды тиристоров в моменты естественной коммутации, то получим также, как и при неуправляемых вентилях, максимально возможную ЭДС E_d0. Регулирование ЭДС в сторону ее снижения осуществляется за счет задержки включения тиристоров относительно момента естественной коммутации. Величину этой задержки характеризует угол управления тиристорами преобразователя, обозначаемый в литературе буквой .

Угол управления преобразователем () - это угол, выраженный в электрических градусах, отсчитываемый от точки естественной коммутации двух чередующихся фаз до момента включения тиристора последующей фазы.

Пусть управляющий импульс на тиристор V_S1 подан в момент  = ₁. Обратим внимание на то, что к моменту подачи управляющего импульса на V_S1 ток в фазе “С” протекает встречно с фазной ЭДС за счет энергии, накопленной в индуктивности нагрузки рабочим током. Подача управляющего импульса на V_S1 включает его , а тиристор V_S3 - выключается. Далее при  = ₂ с тем же углом задержки () подается управляющий импульс на V_S2 и ток с фазы “А” коммутируется на фазу “В” и т.д.

На рис 14 показана форма ЭДС преобразователя. Ниже показаны токи, протекающие по фазным обмоткам трансформатора в предположении идеальной сглаженности тока I_d и мгновенной коммутации фазных токов с предыдущей на последующую фазу.

Анализ диаграммы напряжения показывает:

а) При увеличении угла , т.е. при большей задержке управляющих импульсов E_d преобразователя снижается. Величина этого снижения, определяемая вольт - секундной площадкой Sз, тем больше, чем больше угол .

б) ЭДС преобразователя при  > 30 содержит участки как положительных (S+), так и отрицательных (S-) значений вольт - секундных площадок. С увеличением угла  (S+) уменьшаются, а (S-) - увеличиваются.

в) Импульсы фазных токов трансформатора, сохраняя прямоугольную форму, смещаются в сторону отставания на величину угла  по отношению к точке естественной коммутации.

Величина ЭДС тиристорного преобразователя.

Принцип, используемый при определении среднего значения ЭДС на выходе тиристорного преобразователя, тот же, что был использован при определении среднего значения ЭДС неуправляемого преобразователя. Заключается он в том, что определяется площадь, заключенная между кривой, отражающей функцию изменения фазной ЭДС, и осью абсцисс. Эта вольт - секундная площадь, с учетом ее знака, определяется в пределах интервала повторяемости, как определенный интеграл, нижний и верхний пределы которого соответствуют границам интервала повторяемости. Взяв отношение вычисленной площади к длине интервала повторяемости, вычисляется среднее значение ЭДС тиристорного преобразователя для интересующей нас величины .

=(m_n /2) e_ф.м.{cos{((m_n -2)/2m_n )+ }- cos {((m_n +2)/2m_n )+ }} = e_ф.м (m_n /) sin (/m_n) cos  = E_d0 cos .

Таким образом, выявлена очень простая зависимость, связывающая величину средней выпрямленной ЭДС на выходе тиристорного преобразователя E_d , величину максимально возможной ЭДС этого ТП и углом управления :

E_d = E_d0 * cos .

Ее графическое представление называют регулировочной характеристикой ТП. Она имеет вид:

Рис. 15

Иногда угол  на оси абсцисс откладывается иначе (как показано на втором графике).Иногда на оси абсцисс откладывается некоторая другая переменная, связанная с  линейной, или нелинейной зависимостью. Этот вопрос будет рассмотрен при изложении систем управления ТП.