1. Принцип работы преобразователя

1.1. Описание схемы и режима работы преобразователя

Нулевая простая шестипульсовая управляемая схема выпрямления изображена на рис. 1.1. Выпрямитель состоит из трехфазного преобразовательного трансформатора с двумя вторичными обмотками и шести вентильных плеч, состоящих из тиристоров.

Вторичные обмотки трансформатора образуют две трехфазные системы, сдвинутые по фазе на , что достигается выводом начала одной и конца второй вторичной обмоток, расположенных на одном стержне магнитопровода трансформатора, и соединением трех фаз каждой вторичной обмотки в звезду. Одна из них, совпадающая по фазе с первичной обмоткой, называется прямой, а вторая – обратной звездами трехфазной системы. В результате две системы образуют симметричную шестифазную систему переменного тока (рис. 1.2). К выводам вторичных обмоток присоединяются своими анодами диоды. Объединенные катоды диодов образуют положительный полюс выпрямителя, а объединенная нулевая точка вторичных обмоток трансформатора – отрицательный полюс.

На рис. 1.1 в плечах выпрямителя включены по одному тиристору (VS1 – VS6). В любой момент времени (при мгновенной коммутации) открыт лишь один вентиль, подключенный к той вторичной обмотке трансформатора , фазное напряжение которой максимально. Последовательность вентилей, находящихся в открытом состоянии следующая: VS1, VS2, VS3, VS4, VS5, VS6 . Токи в обмотках трансформатора, считая коммутацию мгновенной, а индуктивность нагрузки бесконечной, имеют форму прямоугольных импульсов (вентильная обмотка) или ступенчатую форму (первичная обмотка). Выпрямленное напряжение в данной схеме содержит шесть пульсаций за период питающего напряжения.

С помощью управляемых тиристорных выпрямителей решаются задачи плавного регулирования среднего значения выпрямленного напряжения в результате изменения угла управления , задающего момент включения тиристоров относительно точки естественной коммутации. Управляемые выпрямители выполняют также функцию бесконтактного коммутационного аппарата. Обеспечивающего отключение цепи нагрузки от сети в случае аварийного нарастания тока или при рабочем токе снятием импульсов управления с тиристоров. Указанные функции можно реализовать выпрямителем, в выпрямительной схеме которого применяются тиристоры.

Для работы в режиме управляемого выпрямителя на тиристоры от схемы управления (СУ) с интервалом /3 и сдвигом относительно точек естественной коммутации на угол управления подаются импульсы тока управления i_G.

1.2. Предварительный анализ электромагнитных процессов

Диаграммы электромагнитных процессов для неуправляемого выпрямителя заданной схемы и мгновенной коммутации приведены на рис. 1.3 (тиристоры работают при угле управления  равном нулю, угол коммутации  равен нулю). Токи считаем абсолютно сглаженными.

Напряжения на вентильных обмотках u₂ шестифазной системы сдвинуты друг от друга на угол /3. Между точками 1 и 2 наибольшим фазным напряжением является u_1A, поэтому на интервале от 0 до /3 открыт вентиль VS1, между точками 2 и 3 наибольшее напряжение фазы u_2с, а значит от /3 до /6 ток проводит тиристор VS2. Продолжая эти рассуждения, выясняем, что вентили VS3, VS4, VS5, VS6 открыты соответственно на интервалах 2/3-, -4/3, 4/3-5/3, 5/3-2. Точки 1-6 называются точками естественной коммутации. Таким образом, продолжительность проводящего состояния вентилей определяется как для нулевой схемы

, (1.1)

где m – число пульсаций в выпрямленном напряжении.

.

На этом интервале вентили проводят ток I_d, поэтому средний ток вентиля - I_d/6.

Кривая выпрямленного напряжения на холостом ходе выпрямителя, исходя из вышеуказанных рассуждений, огибает фазные напряжения вторичной обмотки.

Токи вторичной обмотки повторяют токи вентилей, так как каждая фаза соединена последовательно со своим вентильным плечом.

На рис. 1.3 показано напряжение на тиристоре VS1. На интервале 0-/3 это прямое падение напряжения на вентиле U_в, в течение остальной части периода к вентилю приложено линейное напряжение между «своей» фазой u_1а и той фазой, напряжение которой максимально в данный момент. Максимальное обратное напряжение на вентиле есть амплитудное значение линейного напряжение между фазами, сдвинутыми на угол .

При протекании тока I_d по одной из фаз вторичной обмотки, в первичной обмотке в той фазе, которая расположена на том же стержне магнитопровода, протекает ток 2I_d/3, в других фазах – ток I_d/3 (в рассуждениях не учитывается коэффициент трансформации трансформатора, то есть k_т=1). Таким образом, первичный ток имеет ступенчатую форму и изменяет свое значение шесть раз за период.

Отличие диаграмм управляемого выпрямителя от неуправляемого состоит в том, что на угле  от точки естественной коммутации продолжает работать предыдущий (если судить по диаграммам для неуправляемого выпрямителя) вентиль, тогда как начало коммутации следующего тиристора задерживается.

При угле коммутации 0 возникает ток междуфазного короткого замыкания, обусловленный анодной индуктивностью, который протекает через выходящий из работы и вступающий в работу тиристоры. При этом выпрямленное напряжений равно полусумме фазных напряжений коммутирующих тиристоров.

Обобщая эти данные, приходим к выводу, что выпрямленное напряжение u_d имеет площадки снижения из-за угла управления и коммутационные площадки из-за интервалов коммутации.