Преобразовательная техника

заключающаяся в том, что дальнейшего роста g при увеличении Id не будет, так как до тех пор, пока не закончится коммутация вентилей в одной группе, не может начаться коммутация вентилей в другой, из-за изменения потенциалов на коммутируемых вентилях в группе, где коммутация заканчивается. Это приводит к вынужденной задержке начала коммутационных процессов на угол a¢, называемый углом саморегули-

дальнейший рост угла g (рис. 2.24).

g, a

g

a

Id*

Рис. 2.24. Зависимость угла коммутации

иугла саморегулирования от тока нагрузки

Вэтом режиме будет иметь место перекрытие коммутаций в анодной и катодной группах, а следовательно, на участках перекрытия из-за того, что в схеме моста будут одновременно открыты четыре вен-

тиля, нагрузка будет замыкаться накоротко и в этих интервалахed = 0 , а постоянная составляющая Ed по этой причине будет уменьшаться по линейному закону.

Полная внешняя характеристика представлена на рис. 2.25, где отмечены участки, соответствующие всем трем режимам(I, II, III). Здесь

82

II

0,5

III

Рис. 2.25. Внешняя характеристика трёхфазного мостового выпрямителя

Форма обратного напряжения на вентиле показана на рис. 2.22, д. Следует отметить, что выводы и зависимости, полученные для трехфазных выпрямителей, справедливы для любого многофазного выпрямителя, но при этом нужно учитывать, что период повторяемости выпрям-

ленного напряжения в многофазных выпрямителях составляет 2 π , где m

m – параметр, называемый пульсностью выпрямителя и определяющий количество пульсаций выпрямленного напряжения за один период -на пряжения питания. От этого будет зависеть и величина постоянной составляющей, и величина коммутационного падения напряжения DU x .

2.2. УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Выпрямители, позволяющие регулировать величину выпрямленного напряжения в заданных пределах, называются управляемыми. Регулировать величину выпрямленного напряжения можно двумя принципиально различными способами:

1.Изменять каким-либо способом величину подводимого к -вы прямителю напряжения (например, с помощью автотрансформатора, ступенчато регулируемых трансформаторов, дросселей насыщения и др.).

2.Использовать в выпрямителях свойства управляемых вентилей (с полной или частичной управляемостью).

83

Наибольшее распространение в технике получили управляемые выпрямители, относящиеся ко второй группе. Их рассмотрению и будет посвящен данный раздел.

2.2.1.Однофазные управляемые выпрямители

2.2.1.1.Однополупериодный управляемый выпрямитель

Простейшая схема управляемого выпрямителя представлена на рис. 2.26, а. В качестве силового вентиля в этой схеме выпрямления используется тиристор - вентиль с частичной управляемостью. Принципиально здесь можно использовать полностью управляемый вентиль (транзистор или двухоперационный тиристор), свойства последних позволяют их использовать только в вентильных преобразователях сравнительно небольшой мощности. Преобразователи средней и большой мощности обычно строятся на тиристорах.

Рис. 2.26. Однофазный однополупериодный управляемый выпрямитель

Как известно, для перевода тиристора в проводящее состояние необходимо выполнение одновременно двух условий:

1.Наличие положительного потенциала на аноде относительно катода Uак .

2.Наличие в цепи управления токаiу , достаточного для включе-

ния тиристора при данной величине Uак .

Формирование тока управления осуществляется специальным устройством – системой управления (СУ). В дальнейшем во всех схемах управления вентильных преобразователей система управления будетподразумеваться, но на рисунках изображаться не будет.

84

Пусть в положительный полупериод ЭДС e2 система управления

п. 2.1.1 ток в нагрузке будет протекать на интервале aKp под действием выпрямленного напряжения Ud (рис. 2.26, в). В точке p тиристор закроется, так как полярность ЭДС e2 изменится на противоположную, и снова тиристор сможет открыться только в точке( 2p + a ), когда система управления снова подаст сигнал на его включение. Постоянная составляющая выпрямленного напряжения при этом

Угол a, на который запаздывает включение вентиля Т относительно точки естественной коммутации, называется углом управления или углом включения вентиля.

Из рис. 2.26, г следует, что в управляемом выпрямителе к вентилю, кроме обратного (запирающего) напряжения, прикладывается еще и прямое напряжение на участке 2pK(2p + a):

Uпр max = 2E2 sin q.

Вчастном случае, при a = 0 все электромагнитные процессы управляемых выпрямителей и основные расчетные соотношения аналогичны рассмотренным ранее для соответствующих схем неуправляемых выпрямителей.

При активно-индуктивном характере нагрузки(рис. 2.27) справедливо уравнение:

85

Рис. 2.27. Однофазный однополупериодный управляемый выпрямитель с активно-индуктивной нагрузкой

Зависимость Ed = f (a) называется регулировочной характеристикой управляемого выпрямителя.

Из условия id q = a + l = 0 находим:

sin(a + l - j)= sin(a - j)e-ctgjl .

Зависимость между l, a и j представлена на рис. 2.28. l

2p

Рис. 2.28. Зависимость длительности проводящего состояния вентиля

от угла управления и параметров нагрузки

Зная зависимость l = f (a), можно получить регулировочную характеристику (рис. 2.29, г).

На рис. 2.27, г изображена ЭДС:

86

Рис. 2.29. Семейство регулировочных характеристик однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя

При работе управляемого выпрямителя на противоЭДС имеются следующие особенности (рис. 2.30).

Рис. 2.30. Работа однофазного однополупериодного управляемого выпрямителя на двигательную нагрузку

Вентиль Т включается в точке(y + a), где a – угол управления. Из-за наличия в цепи нагрузки индуктивных сопротивлений (X a + X d )

87

ток будет затягиваться за точкуO3 . Ток id может быть определен из уравнения

рис. 2.30, г и в точке q = y + a будет равна -eX = e2 - E0 .

Интервал l определяется из равенства площадей заштрихованных участков на рис. 2.30, б, так как количество энергии, запасенной в маг-

2.2.1.2. Двухполупериодный управляемый выпрямитель со средней точкой

При условии X = 0 и a > 0 (рис. 2.31, в – сплошная линия) между периодами протекания тока имеет местобестоковая пауза, которая может сохраняться и при активно-индуктивной нагрузке(рис. 2.31, в - тонкая линия), если длительность протекания тока l < p. Такой режим

Как видно из рис. 2.31, б, в, при увеличении индуктивности в цепи нагрузки происходит затягивание тока id за точку p, в результате чего появляется отрицательный участок в кривой выпрямленного напряже-

88

α

Регулировочные характеристики, построенные по выражениям (2.82-2.88), имеют вид, показанный на рис. 2.32.

89

X1 < X 2 < X 3

X = ¥

2

Рис. 2.32. Семейство регулировочных характеристик двухполупериодного управляемого выпрямителя

Здесь две кривые X = 0 и X = ¥ ограничивают семейство регулировочных характеристик для любого соотношенияX и R в цепи нагрузки. Если цепь нагрузки рассматриваемой схемы содержит противоЭДС, то необходимо учитывать некоторые возникающие при этом особенности.

В отличие от неуправляемого выпрямителя в этой схеме режим работы (с непрерывным током, гранично-непрерывным или прерывистым) зависит не только от величины X d и противоЭДС E0 , но еще и

от угла управления a. Следует отметить, что при отсутствии или малом значении X a , при a < y (рис. 2.33) система управления должна форми-

ровать широкий сигнал управления длительностью не менее p , т. к. при

2

узких управляющих импульсах вентили могут не открыться.

Рис. 2.33. Работа двухполупериодного управляемого выпрямителя на двигательную нагрузку

90