8. Величина мгновенного напряжения на нагрузке при коммутации токов. Средняя величина изменения напряжения в тп связанная с коммутацией.

Процесс коммутации оказывает непосредственное влияние на выпрямленное напряжение U_d . Это связано с тем, что при изменении фазных токов в зоне коммутации, в индуктивностях L_s обмоток транс-ра(Т) появляются ЭДС самоиндукции(s). В выходящей из работы фазе ЭДС(s) складывается с ЭДС “e_a”. Во вступающей-ЭДС(s) вычитается из “e_b”. Таким образом, с учетом действия ЭДС(s) мгновенное значение выпрямленного напряжения на интервале коммутации тока равно полусумме ЭДС коммутируемых фаз : U_d = (U_a + U_b)/2 , где U_a и U_b - мгновенные знач-я фазных U-ий вторичной обмотки Т.

Т.к., в зоне коммутации мгнов. знач-е выпрямленного напряжения снижается, по сравнению с мгновенной коммутацией, до величины U_d , происходит уменьшение среднего значения выпрямленного напряжения. Его величина определяется выражением: изi_k = (U_2m/2Xs)*{cos  - cos ( + )} и Xs= L_S

получаем: (1)(Рис.16) Из анализа (1) видим, что от Id и Xs, зависит ширина заштрихованной на диаграмме площадки. От значения m_n зависит количество этих площадок, приходящихся на период переменного напряжения - (2).

В завершение рассмотрения процесса коммутации фазных токов обратим внимание на то, что коммутационное снижение средней величины выпрямленного напряжения не

зависит от действующего значения переменного напряжения на вторичных обмотках питающего трансформатора, а, также, от величины угла управления “”. Оно зависит только от трех величин, входящих в формулу (1).

1. при =0,напряжения в фазах складываются

2. =90 U-я :в фазе в «+»,а в фазе с «-»,они суммируются

процесс заканчивается быстро,угол гамма меньше,чем

при 1)

3. >90 величина ΔUk меняет знак.

9. Внешние характеристики тп в 1 и 4 квадрантах при непрерывных и прерывистых токах.

Внешней характеристикой ТП называется зависимость выпрямленного напряжения от среднего значения тока нагрузки при неизменной величине угла управления . U_d = (I_d) (Рис.1)

Внешняя характеристика определяется внутренним сопротивлением преобразователя, которое приводит к снижению выпрямленного напряжения с ростом нагрузки.

Снижение U обуслов-но тремя факторами:

3. Коммутационным падениемU-я (U_k).

4. Падением U в активных сопротивлениях цепей преобразователя, по которым протекают токи (U_R).

5. Падением U-я в вентилях (U_B).

Соответственно внешнюю характеристику ТП (при L_н = ) можно записать в виде : U_d = E_d0 cos  - U_k - U_R - U_В (1)

Обычно в маломощных выпрямителях преобладает влияние активного сопротивления обмоток трансформатора, а в мощных - индуктивного сопротивления.

При значениях тока нагрузки, не превышающих номинальных, внутреннее падение напряжения ТП (при  = 0), как правило, составляет не более 10 - 15% напряжения E_d0. Однако, при перегрузках и режимах, близких к КЗ, становится существенным влияние внутренних сопротивлений схемы.

При малых токах нагрузк: (имеется много электроприводов, обслуживающих механизмы требующие частого изменения направления скорости вращения, т.е. реверса механизма. Во всех этих случаях ток снижается до нуля, или, даже, изменяет свое направление. Для выполнения таких функций используются реверсивные ТП.)

В таком случае, внешние характеристики ТП меняют свой вид:

При снижении I допущение его идеальной сглаженности, что имеет место при L_н = , принято быть не может. Реальная индуктивность нагрузки не в состоянии идеально сгладить выпрямленный ток и не может обеспечить его непрерывность. Ток становится прерывистым и внешние характеристики теряют свою линейность, внося нежелательные проблемы и трудности в способы управления ТП.

С уменьшением I имеет место резкий рост напряжения ТП из-за явлений, связанных с прерывистым характером тока якоря, когда вентиль предыдущей фазы прекращает проводить ток до момента включения вентиля последующей фазы. При этом, угловая длительность прохождения тока в вентиле () становится меньше, чем 2/m_n.

Уравнение (1) справедливо лишь тогда, когда ток в нагрузке протекает непрерывно. Если принято, что индуктивность L_н = в цепи выпрямленного тока, то непрерывность будет при любых значениях тока. Если же L_н имеет конечную величину, то непрерывное протекание тока возможно лишь при превышении током некоторого граничного значения I_{d гр.}. Его величина м.б. подсчитана по приближенному уравнению:

; X_тр  , Xн и X_р - приведенное ко 2-ой обмотке индуктивное сопротивление трансф-ра, нагрузки и сглаживающего реактора.

В трехфазной нулевой схеме E_d0 определяется через фазные напряжения трансформатора, в трехфазной мостовой - через линейные. 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 (2)

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 вторичн. ЭДС трансформатора и ток, E_я - ЭДС якоря двигателя.

В выражении (2) ЭДС трансф-ра изменяется по sin 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 «+», а в некоторые моменты «-». Однако при больших токах в индуктивностях якорной цепи запасается такое количество электромаг. Эн-ии, которого достаточно для поддержания тока прежнего направления в промежутках времени, когда e₂ - E_я < 0 и, даже, на протяжении части «-» полуволны напряжения трансф-ра, когда e₂ < 0. Ток в анодной цепи вентиля поддерживается за счет ЭДС самоиндукции () при убывании тока. Поэтому при больших значенияхL и I, I не прерывается, и выпрямленная ЭДС преобразователя определяется средним значением ЭДС трансф-ра за интервал повторяемости выпрямленной ЭДС (T_п = 2/m_n).

При малых нагрузках (Рис.2) I под действием противо-ЭДС двигателя снижается до 0(момент ₂) раньше момента включения последующего вентиля. В результате ток через якорь при малых нагрузках на валу двигателя проходит отдельными импульсами.

Выражение (2) 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 выпрямленноеU. В результате этого крутизна внешних характеристик ТП при малых нагрузках резко возрастает.

В соответствии с (рис.3) в режиме прерывистого тока среднее знач-е выпр-гоU на зажимах двигателя определится выраж-ем: (3)

где e_2ф.max – амплитуд. знач-е фазной ЭДС вторичной обмотки трансф-ра;

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

(Рис. 3)Выраж.: E_d = E_d0 cos  получается из (3), как частный случай,  = 2/m_n , где  - интервал проводимости вентиля. В режиме непрерывных I-в, когда  = 2/m_n имеет место однозначное соответствие между E_d и  . В режиме прерывистого тока среднее выпрямленное U на двигателе зависит не только от величины ЭДС транс-ра “e₂” и  , но также от I, т.е. от величины момента нагрузки на валу двигателя и индуктивности цепи якоря двигателя.