3.4. Управляемые однотактные выпрямители с активно-индуктивной нагрузкой

При составлении эквивалентной схемы (рис. 3.11а) использовали пред-

посылки, изложенные ранее для неуправляемых выпрямителей с активно-индуктивной нагрузкой (п. 2.6). Под действием ЭДС ток через вентиль протекает и тогда, когда фазная ЭДС вентильной обмотки трансформатора е₂ изменила направление. Поэтому при углах включения тиристора a>a_кр выпрямленное напряжение u’_0,a на входе фильтра имеет участки отрицательного напряжения (рис. 3.11в). На этих участках нагрузка является источником энергии, т.е. возвращает ранее накопленную в индуктивности энергию обратно в питающую сеть. Часть этой энергии теряется в активном сопротивлении R₀. При достаточно большой индуктивности L₀ (когда pm₂wL₀>>R₀) ток i_0,a нагрузки непрерывен и ток через управляемый вентиль протекает всегда 1/m₂ часть периода. В режиме непрерывного тока с учётом (2.12) и (3.2) уравнение и графики регулировочной характеристики при m₂³2 и р=1 имеют вид (рис. 3.11г)

U^*_0,a = Сosa. (3.5)

Рис. 3.11. Эквивалентная схема (а), волновые диаграммы напряжений u_0,a и тока i_0,a (б, в), регулировочная хар-ка (г) и коэффициент пульсации (д), управляемого трехфазного однотактного выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке. Режим непрерывного тока

Если запас энергии в магнитном поле индуктивности L₀ недостаточен, то напряжение U_0,a успевает упасть до нуля раньше, чем отпирается очередной тиристор (рис. 3.12а). Поэтому регулировочная характеристика УВ становится более пологой и описывается уравнением

, (3.6)

где l – угол продолжительности тока вентиля, зависящий от отношения . Эффект коммутации за счет индуктивности рассеянияL_S обмоток преобразовательного трансформатора, как и в неуправляемом выпрямителе (см. п. 2.8), уменьшает (рис. 3.12б) на интервале угла коммутации g напряжение U_0,a до значения .

При этом уменьшается также среднее значение выпрямленного напряжения.

. (3.7)

Коэффициент пульсаций на входе фильтра определяется по формуле

. (3.8)

Рис. 3.11.Эквивалентная схема (а), волновые диаграммы напряжений U_0,a и тока i_0,a (б,в) регулировочная характеристика (г) и коэффициент пульсации К_п(1) (д) управляемого трехфазного одноактного выпрямителя при активно – индуктивной нагрузке. Режим непрерывного тока (pm₂wl₀ >>R₀)

За счет угла коммутации g коэффициент пульсаций дополнительно возрастает.

В управляемых выпрямителях при работе как на активную, так и на активно-индуктивную нагрузку угол a включения оказывает влияние на соотношение между активной и реактивной мощностями. Как можно видеть из рис. 3.13б и в, импульс тока работающего вентиля смещен по фазе относительно фазной ЭДС на угол a (или на угол a+0,5g с учетом эффекта коммутации). Поэтому основная гармоника этого тока, а значит, и фазный ток i_1,1 выпрямителя (рис. 3.13а) отстают относительно сетевого напряжения U₁ на такой же угол (a+0,5g).

Рис. 3.12. Волновые диаграммы выпрямленного напряжения в трехфазном однотактном УВ в режиме прерывистого тока нагрузки (а) и с учетом эффекта коммутации (б)

В результате управляемый выпрямитель нагружает сеть реактивной мощностью как потребитель, обладающий коэффициентом фазового сдвига.

, (3.9)

где P_C и Q_C­ соответственно активная и реактивная мощность, потребляемая выпрямителем из сети.

В случае работы выпрямителя на индуктивную нагрузку для улучшения коэффициента фазового сдвига в схему включают нулевой или ответвляющий

диод VD₀ (рис. 3.7б, д и рис. 3.14а). Когда ЭДС е₂ становится меньше нуля, то

работающий тиристор закрывается и блокировочный диод VD₀ открывается.

а) б)

Рис. 3.13. Схема (а) и диаграмма тока и напряжения (б) при работе

источника переменного напряжения на управляемый выпрямитель

При этом ток в дросселе L₀ (совпадающий с током нагрузки i_0,α) не прерывается и протекает по контуру L₀-R₀-VD₀. При открывании следующего тиристора нулевой диод VD₀ закрывается. Заштрихованные участки кривой тока i_0,α (рис. 3.14в) соответствуют току i_V0 нулевого диода.

За счёт нулевого диода в кривой u_0,a (рис.3.14б) исчезают отрицательные площадки и поэтому регулировочная характеристика и зависимость коэффициента пульсации от угла a становятся такими же, как и при активной нагрузке (см. п. 3.3).

За счёт нулевого диода в кривой u_0,a (рис.3.14б) исчезают отрицательные площадки и поэтому регулировочная характеристика и зависимость коэффициента пульсации от угла a становятся такими же, как и при активной нагрузке (см. п. 3.3).

Нулевой диод улучшает также коэффициент сдвига фазы до значения .