Преобразовательная техника

2. Электромагнитные процессы в первых двух режимах полностью описываются выражениями (2.9, 2.10), а в третьем режиме отличие будет заключаться в других постоянных интегрирования, находимых из ненулевых начальных условий. При этом, очевидно, имеет место перекрытие анодных токов обоих вентилей, в результате чего в течение интервалов g будут протекать коммутационные процессы, аналогичные рассмотренным в предыдущем параграфе.

Рис. 2.14. Работа двухполупериодного выпрямителя со средней точкой на двигательную нагрузку

71

2.1.3. Однофазная мостовая схема

Схема представляет собой мост из вентилейB1 - B4 (рис. 2.15), в одну диагональ которого включена нагрузка, а в другую – переменное

напряжение e2 . В положительном полупериоде открыты вентили B1 - B3 , в отрицательном – B2 - B4 . Ток в нагрузке протекает в одном и

том же направлении в течение обоих полупериодов, поэтому эта схема также, как и предыдущая относится к двухполупериодным схемам выпрямления.

Рис. 2.15. Однофазный мостовой выпрямитель

Силовой трансформатор здесь не является принципиально необходимым и нужен только для создания требуемой величины напряжения e2 на входе выпрямителя, соответствующего заданной величине выпрямленного напряжения Ed , а также для обеспечения гальванической развязки между питающей сетью и нагрузкой выпрямителя.

Для этой схемы выпрямителя при условии допущений. 2.п1.1 справедливы следующие соотношения:

72

При анализе коммутационных процессов в рассматриваемой схеме выпрямителя следует подчеркнуть, что при отсутствии индуктивного сопротивления в цепи нагрузки перекрытия анодных токов вентилей, а следовательно, не будет и коммутационных процессов, т. к. вентили вступающей в работу диагонали моста не могут открыться до тех пор, пока в индуктивном сопротивлении X a не исчезнет ЭДС самоиндукции, поддерживающая убывающий ток вентилей выходящей из работы диагонали моста (рис. 2.16, в). При наличии X d вентили вступающей

в работу диагонали открываются раньше и вместе с еще открытыми вентилями выходящей из работы диагонали образуют коммутационный контур, куда входят ЭДС e2 , X a и все четыре открытых вентиля моста

(рис. 2.16, г).

Рис. 2.16. Коммутационные процессы в однофазном мостовом выпрямителе

Для этого контура справедливо уравнение:

73

74

От q = 0 до точки 1 ток будет протекать по нагрузке под действием ЭДС e2a .

В точке 1 ЭДС e2b сравнивается с ЭДС e2a , а затем станет больше ее. Поэтому в точке 1 откроется вентиль B2 и примет на себя ток нагрузки id , а вентиль B1 закроется, так как через вентиль B2 к катоду B1 прикладывается положительный потенциал фазыb, которой больше положительного потенциала фазы а, приложенного к аноду вентиля B1.

Аналогичные процессы повторяются в точке2 , где включается вентиль B3 , а B2 выключается; в точке 3 и т. д. Для данной схемы выпрямителя эти точки являются точками естественной коммутации.

Мгновенное значение выпрямленного напряженияU d изображено на рис. 2.17, в, а мгновенные значения анодных токов вентилей– на рис. 2.17, г, д, е (при условии X = 0 ).

Основные соотношения для этой схемы:

75

Существенной особенностью трехфазной нулевой схемы выпрямителя является то, что намагничивающие силы от постоянных составляющих анодных токов в каждой фазе обусловливают постоянное подмагничивание магнитной системы силового трансформатора, что необходимо учитывать при его проектировании. Для устранения этого явления вторичные обмотки трансформатора можно соединить в зигзаг (рис. 2.18, а), разбивая каждую из них на две секции. Точки на рис. 2.18 соответствуют началам обмоток. При этом намагничивающие силы от постоянных составляющих анодных токов в каждой фазе взаимно компенсируются верхней и нижней секциями вторичных обмоток, и магнитная система трансформатора будет уравновешена. Но соединения в зигзаг требуют несколько большей расчетной мощности трансформатора:

e¢¢

2c

B1 B2 B3

Рис. 2.18. Трехфазный нулевой выпрямитель с соединением вторичных обмоток трансформатора в зигзаг

Особенности коммутационных процессов в трехфазной нулевой схеме выпрямителя рассмотрим на примере схемы(рис. 2.19) при условии: X d = ¥ , X a ¹ 0 .

Как было указано выше, из-за наличия индуктивных сопротивлений рассеяния обмоток силового трансформатора X a , анодный ток вен-

76

Рис. 2.19. Коммутационные процессы в трёхфазном нулевом выпрямителе

Для возникающего при этом коммутационного контура справедливо следующее уравнение:

где i2k – ток коммутационного контура. Учитывая, что ( e2a - e2b ) – это линейное напряжение e2ab , которое при переносе начала координат в

Графическое изображение этой функции дано на рис. 2.19, г. Очевидно, что на участке коммутацииi2k = ia2 и представляет собой ток

77

анодом и катодом вентиля B1. В отличие от рис. 2.17, здесь имеет место начальный скачок обратного напряжения Uв0 , а также снижение обратного напряжения на участке коммутации g . При работе на противоЭДС

и на емкостную нагрузку в этой схеме принципиальных особенностей по сравнению с рассматриваемыми ранее случаями нет.

Рис. 2.20. Внешняя характеристика трехфазного нулевого выпрямителя

78

Рис. 2.21. Трехфазный мостовой выпрямитель и диаграмма, поясняющая его работу

Принцип действия этой схемы аналогичен принципу действия трехфазного нулевого выпрямителя с той лишь разницей, что ток нагрузки протекает одновременно по одному из вентилей катодной группы и одному из вентилей анодной группы и течет он под действием не фазного, а линейного напряжения. В соответствии с этим и переключение вентилей будет осуществляться в точках естественной коммутации (1, 3, 5, 7, K) для вентилей катодной группы и в точках естественной коммутации ( 2, 4, 6, 8, K) для вентилей анодной группы(рис. 2.21). При отсутствии индуктивных сопротивлений( X a = 0 ) выпрямленное

79

напряжение изображено на рис. 2.21, в. На диаграмме рис. 2.21, г пред-

а на рис. 2.21, е – напряжение на вентиле B1. Ток каждой фазы не имеет постоянной составляющей, а следовательно, и постоянного подмагничивания силового трансформатора, в отличие от предыдущей схемы. Здесь справедливы следующие соотношения:

схемой следует отметить, что здесь коммутационные процессы будут протекать как в анодной группе вентилей, так и в катодной, т. е. в два раза чаще, чем в нулевой схеме (рис. 2.22).

Диаграммы на рис. 2.22 соответствуют режиму X d = ¥ ; X a ¹ 0 .

Электромагнитные процессы в коммутационных интервалах ничем не отличаются от аналогичных процессов на рис. 2.19, но снижение выпрямленного напряжения из-за коммутационных процессов в этой схеме, вследствие вдвое более короткого периода их повторяемости,

80