2.9. Процессы при выключении тиристоров.

Выключение тиристоров (кроме запираемых или, иначе, двухоперационных) осуществляется, как правило, путем приложения обратного напряжения сети (сетевая или естественная коммутация) или за счет специальных коммути­рующих устройств (принудительная коммутация). При приложении обратного напряжения происходит, как и у диодов, процесс рассасывания избыточных зарядов, что приводит к протеканию через прибор импульсов обратного тока с большой амплитудой и к необходимости включения защитных RC-цепочек. От момента спада к нулю прямого тока до момента подачи вновь прямого напряжения к вентилю должно быть приложено обратное напряже­ние в течение времени, равного времени выключения или превышающего его, в течение которого вентиль восстанавливает способность выдерживать пря­мое анодное напряжение без включения. Следовательно, коммутирующее устройство должно обеспечивать действие на вентиле обратного напряжения в течение времени (называемого иногда схемным временем выключения или восстановления запирающих свойств), как минимум равного времени выклю­чения (рис. 2.12).

Рис. 2.12.Кривые тока (а) и напряжения (б) при выключении тиристора приложением обратного напряжения:

t_{r r} - время рассасывания накопленного заряда; t_q - время выключения; t_h - время, предоставляемое для выключения (схемное время выключения); t₁ - момент повторного включения; I_TM - прямой ток перед выключением; di_T/dt - скорость спада прямого тока; U_R - обратное напряже­ние после переключения; dU_d/dt - cкopocть нарастания восстанавливающегося прямого напряжения; U_D - установившееся значение прямого напряжения

Выключение симисторов за счет изменения полярности приложенного к главным электродам напряжения также связано с процессом рассасывания избыточных носителей и протеканием через выключающуюся часть структу­ры обратного тока, в связи с чем встречно-параллельно включенная тиристорная структура из-за большой скорости нарастания на ней прямого на­пряжения может быть самопроизвольно включена. Поэтому и для симисторов необходима защитная RC-цепочка.

Лекция 3: Силовые преобразователи электроэнергии

3.1 Общие сведения.

Выпрямитель – устройство, предназначенное для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Основными элементами выпрямителя являются трансформатор и вентили, с помощью которых обеспечивается протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее выпрямленное. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя подключают сглаживающие устройства, а также для регулирования или стабилизации выпрямленного напряжения и тока потребителя иногда подключают регулятор или стабилизатор (стабилизатор может быть включен в цепи переменного тока).

Теория выпрямительных устройств в основном сводится к определению расчетных соотношений, позволяющих по заданному режиму работы потребителя определить электрические параметры элементов стабилизатора, регулятора, сглаживающих устройств (фильтров), вентилей и трансформаторов выпрямителя, а затем выбрать или рассчитать их.

В режиме выпрямителя, характеризующемся отдачей активной мощности в цепь нагрузки, напряжение вторичной обмотки трансформатора и анодный ток вентилей имеют одинаковое направление (соответствует работе сети переменного тока в качестве генератора), а напряжение и ток нагрузки противоположны по направлению (соответствует работе сети постоянного тока в качестве потребителя энергии).

В зависимости от числа фаз напряжения питания различают однофазные и трехфазные выпрямители. Независимо от мощности все выпрямители подразделяют на однотактные (однополупериодные) и двухтактные (двухполупериодные).

К однотактным относятся выпрямители, у которых по вторичным обмоткам трансформатора ток проходит в одном направлении за полный период (полупериод или его часть).

Отношение частоты пульсаций выпрямленного напряжения к частоте сети в однотактных выпрямителях равно числу фаз вторичной обмотки трансформатора.

К двухтактным относятся выпрямители, у которых в каждой фазе вторичной обмотки трансформатора ток проходит дважды за период в противоположных направлениях. Двухтактные выпрямители называют также мостовыми, в которых ток во вторичной цепи всегда проходит последовательно по двум тиристорам.

Выпрямители подразделяют на простые и составные. В составных несколько простых выпрямителей соединяются последовательно или параллельно.

Выпрямители могут быть построены на управляемых (тиристоры, симисторы) и неуправляемых (диоды) вентилях. Выходные параметры выпрямителя, диапазон регулирования, условия работы вентилей, трансформатора зависят от характера реакции нагрузки, определяемого типом нагрузки или первым элементом фильтра. Различают следующие режимы работы выпрямителя:

• на активную нагрузку;

• на активно-индуктивную нагрузку;

• на противоЭДС;

• на активно-емкостную нагрузку.

Основными характеристиками, определяющими эксплуатационные свойства выпрямителей, являются:

1. средние значения выпрямленных напряжения U_d и тока I_d;

2. внешняя характеристика – зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки: U_d = f(I_d);

3. регулировочная характеристика – зависимость выпрямленного напряжения от угла управления  : U_d= f();

4. коэффициент полезного действия ;

5. коэффициент мощности ;

6. коэффициент пульсаций – отношение напряжения пульсаций к среднему значению идеально выпрямленного напряжения (тока): q = U_q/U_di0.

В дальнейшем рассматривается работа управляемых выпрямителей, а работа выпрямителей на диодах представлена как частный случай при  = 0.

Для упрощения изложения материала выпрямитель принимается как «идеальный», т.е. напряжение на его выходе при холостом ходе рассматривается без учета каких-либо падений напряжений на элементах схемы. Соответствующие падения напряжения учитываются при построении нагрузочных характеристик.