2.8. Эффект коммутации в выпрямителях

Если в выпрямителях малой мощности процесс коммутации тока вентиля близок к идеальному, то в выпрямителях средней и большой мощности (P₀≥2 кВт) характер коммутации определяется индуктивностью рассеяния преобразовательного трансформатора (см. рис. 2.5). Изменение тока в фазах выпрямителя происходит постепенно, в течение промежутка времени, определяемого углом γ, который называют УГЛОМ КОММУТАЦИИ.

Выпрямители средней и большой мощности обычно работают на фильтр с индуктивной реакцией (рис. 2.10а). При большом значении ве­личины L₀ в интервале коммутации i₀=i_2a+i_2b=I₀=const. Следовательно, di_2a=-di_2b. Для интервала коммутации по второму закону Кирхгофа составляем баланс напряжений:

(2.35)

Решение этих уравнений даёт следующие результаты:

• мгновенное значение напряжения _0,γ на входе фильтра в интервале коммутации

(2.36)

по окончании коммутации u^’_0,γ совпадает с кривой фазной ЭДС e₂ (рис. 2.10б);

• ток фазы, прекращающей работу в интервале коммутации:

(2.37)

а по окончании коммутации i_2a=0;

• ток фазы, вступающей в работу в интервале коммутации:

(2.38)

а по окончании коммутации i_2в=I₀ (рис. 2.10б);

• угол коммутации γ зависит от амплитудного Е_2м.лин значения линейного напряжения, величины L_S, тока I₀ и частоты ω = 2πf питающей сети:

; (2.39)

• среднее значение выпрямленного напряжения

(2.40)

при m₂≥2 и p=1.

С учётом активного сопротивления потерь R_П и числа тактов выпрямления р при m₂ ≥1

. (2.41)

ВеличинаU₀ находится по формуле (2.24) или по данным табл. 2.2 и может рассматриваться как значение выпрямленного напряжения в режиме холостого

хода (U₀=U_0х.х.). Величина играет роль внутреннего сопротивления выпрямителя. Поэтому уравнение внешней характеристики выпрямителяU₀(I₀) на основании выражения (2.41) будет иметь вид

, (2.42)

где R_L – омическое сопротивление индуктивного фильтра (см. рис. 2.5б). Изменение величины L_S приводит к изменению наклона внешней характеристики выпрямителя. Это свойство используется в сварочных агрегатах, в ИВЭ, предназначенных для питания мощных дуговых и ксеноновых ламп. Увеличение угла γ коммутации приводит к возрастанию коэффициента пульсаций на входе фильтра и к отставанию по фазе токов i_2a, i_2b, i_2c от соответствующей фазной ЭДС е₂. В результате снижается коэффициент мощности выпрямителя k_м=к_и·cos[(0,5…0,6)γ]. Уменьшается также действующее значение тока вентильной обмотки:

, (2.43)

где – поправочный коэффициент (табл. 2.5).

Таблица 2.5

Значения коэффициентадля расчёта токаI_2γ

γ, эл. град.	0	10	20	30	40	50	60
m2p =2	1,00	1,00	0,99	0,98	0,97	0,96	0,94
m2p =3	1,00	0,99	0,98	0,97	0,95	0,93	0,91
m2p =6	1,00	0,98	0,96	0,94	0,91	0,88	0,85

Следует помнить, что наличие L_S в фазах выпрямления приводит к возникновению импульсных повторяющихся перенапряжений (так называемых «иголок» – рис. 2.10в), которые могут пробить вентили. Для устранения этих явлений параллельно вентилю VD следует включать RC-це­почку (рис. 2.10г).