4. Диаграммы напряжений и токов при работе 3-х фазного нулевого тп на активно-индуктивную нагрузку в режиме непрерывного тока при мгновенной коммутации.

Неуправляемый выпрямитель при мгновенной коммутации.

Рабочие процессы рассмотрим в трехфазной нулевой схеме при следующих допущениях:

а) Неуправляемые вентили идеальные. Это значит, что при протекании через них тока в проводящем направлении их сопротивление считается равным нулю и, значит, падение напряжения на них отсутствует. При приложении к ним обратного напряжения их сопротивление считается бесконечно большим, и, значит, обратный ток (i_обр) считается равным нулю.

б) Питающий трансформатор- идеальный. (Активное сопротивление обмоток трансформатора равно нулю и, главное, индуктивность рассеяния первичных и вторичных обмоток трансформатора равна нулю.) Это значит, что токи в анодных цепях вентилей могут изменяться мгновенно, т.е. скачком.

в) Ток нагрузки идеально сглажен. Это могло бы иметь место при бесконечно большой индуктивности в цепи нагрузки. При этом, Пульсирующая ЭДС преобразователя не будет вызывать пульсаций тока нагрузки.

Величина и характер изменения обратного напряжения на вентилях.

Обратимся к диаграмме напряжения (рис). Изменения напряжения, прикладываемое к вентилю V_D1: на интервале ₁  ₂ вентиль открыт, напряжение на нем равно нулю. Начиная с момента = ₂ к вентилю V_D1 прикладывается обратное напряжение, изменяющееся, так как изменяется разность мгновенных значений ЭДС e_а и e_b . Эта разность-линейное напряжение между фазами “а” и “b”. Линейное напряжение прикладывается к вентилю V_D1 в непроводящем направлении, (является для него обратным напряжением). Это напряжение действует в интервале ₂ - ₃ Начиная с момента ₃ включается вентиль V_D3 , а вентиль V_D2 выключается. С этого момента к V_D1 прикладывается обратное напряжение U_ca . Как видно из диаграммы напряжений максимальное значение обратного напряжения на вентиле в трехфазной нулевой схеме=амплитуде линейного напряжения на вторичной стороне питающего трансформатора.

Особенностью трехфазной нулевой схемы является наличие нескомпенсированных намагничивающих сил и, вызванных ими потоков вынужденного намагничивания. Эти потоки замыкаются частично по сердечнику, 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. Это является причиной того, что трехфазная нулевая схема в практике применяется нечасто.

Так, в 3фазной мостовой схеме форма первичного тока симметрична относительно нулевого значения и имеет вид (рис).Существует закономерность: чем ближе форма первичного тока питающего трансформатора к синусоиде, тем выше энергетические показатели схемы.

5. Диаграммы напряжений при работе 3-х фазного нулевого тп на активно-индуктивную нагрузку с противо-эдс в режиме прерывистого тока.

В трехфазной нулевой схеме E_d0 определяется через фазные напряжения трансформатора. При этом m_n = 6.

Для мгновенных значений напряжения якорной цепи при отсутствии перекрытия вентилей ( = 0) справедливо уравнение:

e₂ - E_я = i*R_я.ц. + L (di/dt) + U_в (1)

где R_я.ц. = R_я + R_тр + R_р, L = L_я + L_тр + L_{р ,} U_в - падение напряжения в вентилях;

e₂ и i - мгновенные значения вторичной ЭДС тр-ра и тока. E_я-ЭДС якоря двигателя.

В выражении (1) ЭДС трансформатора изменяется по синусоидальному закону. ЭДС двигателя в установившемся режиме из-за инерционности вращающихся масс не может заметно измениться за время интервала пульсаций и считается постоянной. При этом, разность ЭДС, стоящая в левой части уравнения, в какие- то моменты положительна, а в некоторые моменты оказывается отрицательной. Однако при больших токах в индуктивностях якорной цепи запасается такое количество электромагнитной энергии, которого достаточно для поддержания тока прежнего направления в промежутках времени, когда e₂ - E_я < 0 и, даже, на протяжении части отрицательной полуволны напряжения трансформатора, когда e₂ < 0. Ток в анодной цепи вентиля поддерживается за счет ЭДС самоиндукции () при убывании тока. Поэтому при достаточно больших значениях индуктивности и тока последний не прерывается, и выпрямленная ЭДС преобразователя определяется средним значением ЭДС трансформатора за интервал повторяемости выпрямленной ЭДС (T_п = 2/m_n).

При малых нагрузках (рис ) ток под действием противо-ЭДС двигателя снижается до нуля (момент ₂) раньше момента включения последующего вентиля. В результате ток через якорь при малых нагрузках на валу двигателя проходит не непрерывно, а отдельными импульсами.

Кривые выпрямленного напряжения и тока, при этом, имеют вид, показанный на рисунке:

Выражение (1) справедливо только для интервалов времени, в течение которых ток проходит по цепи якоря. В промежутках между импульсами тока вращение якоря поддерживается за счет механической энергии вращающихся масс, а напряжение на выходных клеммах преобразователя равно ЭДС якоря двигателя (E_я ).

Этим объясняется тот факт, что в режиме прерывистого тока среднее значение выпрямленного напряжения, измеряемого на нагрузке и определяемое площадью между кривой abcde и осью абсцисс, деленной на интервал повторяемости, по мере снижения нагрузки резко возрастает. Чем меньше ток, тем раньше наступит его прерывание, и тем выше оказывается среднее выпрямленное напряжение. В результате этого крутизна внешних характеристик ТП при малых нагрузках резко возрастает.

В соответствии с рис 2 в режиме прерывистого тока среднее значение выпрямленного напряжения на зажимах двигателя определится выражением:

где e_2ф.max - амплитудное значение фазной ЭДС вторичной обмотки трансформатора;

₁ и ₂ - соответственно углы включения и выключения вентилей, отсчитываемые от начала синусоиды линейной ЭДС трансформатора.

Выражение: E_d = E_d0 cos  (3-20) получается из (3-19), как частный случай, если положить  = 2/m_n , где  - интервал проводимости вентиля.

6. Величина ЭДС неуправляемого выпрямителя. Зависимости Edo=- f(E2,m_n), Ed = f(Edo, α)

Мгновенные значения ЭДС неуправляемого выпрямителя изменяются по огибающей фазных ЭДС.

Для определения среднего значения ЭДС выпрямителя (E_d0) необходимо проинтегрировать функцию e_d() на интервале повторяемости (()) и отнести результат к величине интервала. Выберем в качестве такого интервала ₁  ₂ , на котором

e_d = e_а = e_ф.maxsin 

где e_ф.max- амплитудное значение фазной ЭДС на вторичной стороне трансформатора.

- текущее значение электрического угла.

E_d0 = 2 E₂(m/)*sin(/m).

Здесь E₂ - действующее значение вторичной ЭДС питающего трансформатора.

Формула справедлива не только для трехфазного нулевого выпрямителя, пульсность которого (m_n) равна трем, но и для любой другой пульсности. Величина пульсности связана с фазностью вентильных преобразователей формулой:

m_n= m * k_т

здесь: m- число фаз питающего трансформатора

k_т - число тактов выпрямительной схемы. Во всех нулевых схемах k_т = 1. В мостовых k_т = 2.

Величина ЭДС тиристорного преобразователя.

Принцип 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 величины .

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 .

Иногда угол  на оси абсцисс откладывается иначе (2график).Иногда на оси абсцисс откладывается некоторая другая переменная, связанная с  линейной, или нелинейной зависимостью.