Режим непрерывного тока.

В р.н.т., т.е. при I_d  I_dгр, среднее значение выпрямленного напряжения U_d определяют как алгебраическую сумму средних значений от мгновенных составляющих этого напряжения

u_d(t) = e_d(t) – r_a i_d(t) - L_a(di_d/dt)

за период повторяемости 2/m, т.е.

(5-27)

Первое слагаемое в квадратных скобках подынтегрального выражения (5-27)

_{2/m 2/m}

E_d()= ^m/_2 e_d(t)dt= ^m/_2 E_mSin(t+^/₂-^/_m+)dt=

^{o o}

=^m/_E_mSin ^m/_ Cos=E_do Cos

представляет собой среднее значение э.д.с. УВ в р.н.т.

Второе определяет величину падения напряжения в активном сопротивлении r_a (r_aI_d во всех однофазных и в трёхфазных нуле-вых схемах и 2r_aI_d в трёхфазной мостовой схеме соответственно).

Третья составляющая определяет падение напряжения, возни-кающее, при коммутации фаз. Её рассмотрим более подробно.

Коммутационные процессы это процессы перехода тока с одного вентиля на другой в силовой схеме Рис.5.1. Из-за анод-ных индуктивностей L_a этот переход не может быть мгновенным. На интервалах 2/m возникают промежутки длительностью , с отличающимся от E_d0Cosα уровнем напряжения.

Рис.5.9. Расчётная силовая схема (а) и временные диаграммы на-пряжений (б) и токов (в) в коммутирующих фазах УВ.

В целях упрощения при анализе коммутационных процессов считают ток нагрузки идеально сглаженным, а активное сопро-тивление коммутирующих фаз равным нулю (Рис.5.9).

Пусть коммутация тока на Рис.5.9а осуществляется с фазы «1» на фазу «2» На этом промежутке открыты два тиристора Т1 и Т2. Ток первого спадает до нуля, а второго нарастает до величины I_d. Для рассматриваемого момента коммутации справедливы уравне-ния:

u_d = e₁ – X_adi₁/dt 

u_d = e₂ – X_adi₂/dt 

i₁ + i₂ = i_d = const  .

Из них следует

di₁/dt = - di₂/dt 

u_d = (e₁ + e₂)/2  (5-28)

т.е. в коммутационном промежутке (угла ) при идеально сгла-женном токе мгновенное значение выпрямленного напряжения u_d равно полусумме э.д.с. фаз, участвующих в коммутации. Вследствие этого в кривой выходного напряжения (Рис.5.9а,б) появляются коммутационные «провалы» или «вырезки» (закрашенные площадки), которые уменьшают мгновенное значение напряжения на нагрузке в моменты коммутации на величину

u_k = L_a(di₁/dt) = X_a di_a/dt.

Среднее за интервал 2/m значение падения напряжения на анодной индуктивности

. (5-29)

В (5-29) мы воспользовались известным в математике приёмом, заменив переменную и интервал интегрирования.

С учётом U_k по (5-29) и r_a= 0 выходное напряжение УВ (внешняя характеристика) может быть представлено в виде

U_d = E_do Cos - U_k = E_do Cos - I_d mX_a/2,

или в относительных единицах

(5-30)

где

I_dmax = 2 E_m /mX_a – базовое значение тока,

K_m = E_do/ E_m= ^m/_Sin^/_m – коэффициент периодичности [3].

В отличие от неуправляемого выпрямителя в УВ получаем не одну, а семейство внешних характеристик, каждая из которых соответствует выбранному значению угла _i. На Рис.5.7 приве-дены совмещённые внешние характеристики УВ в режиме прерывистого и непрерывного токов. Пунктирной линией на этом рисунке условно отделена область прерывистых токов. В этой области в кривой выходного напряжения отсутствуют комму-тационные провалы, но возникают паузы в кривой выпрям-ленного тока, с уровнями напряжения равными э.д.с. двигателя. Как было установлено выше, увеличение среднего значения тока в этой области достигается за счёт значительного уменьшения э.д.с. двигателя, а, следовательно, и среднего значения выпрям-ленного напряжения U_d. С увеличением тока в этой области на-пряжение на клеммах выпрямителя U_d снижается круче (с большим наклоном), чем в области непрерывных токов.

Расчёт угла коммутации . На интервале 0 ÷ γ одновремённо проводят ток два тиристора и к анодной (фазной) индуктивности коммутирующих фаз прикладывается половина межфазного (линейного) напряжения. Векторная диаграмма фазных и межфазных напряжений, а также половина вектора, равного падению напряжения на анодной индуктивности, показаны на Рис.5.10б. Учитывая, что коммутация в общем случае происходит на угловом интервале от  до + и при этом ток, вступающего в работу вентиля, изменяется от 0 до I_d под действием половины линейного напряжения U_л = 2E₂Sin^/_mSint, можем написать

2E₂Sin^/_mSint = X_a^di/_dt. (5-31)

Проинтегрировав правую и левую части последнего равенства

получаем

2Е₂ Sin^/_m [- Cos(+) + Cos] = X_a I_d.

После преобразований, имеем

Cos - Cos( + ) = I_d X_a/ E₂Sin ^/_m (5-32) Разрешив (5-32) относительно угла , получаем

 = arkcos[ Cos - I_d X_a/ E_mSin ^/_m] -  . (5-33)

С учётом изложенного, при расчёте внешней характеристики в р.н.т. УВ может быть представлен эквивалентной схемой (Рис.5.10), содержащей:

• источник э.д.с. E_d = E_doCos;

• внутреннее активное сопротивление R_экв = n₁r_a + n₂m X_a/2;

• идеальный вентиль, сопротивление которого в проводящем состоянии принимается равным нулю, а в обратном – бесконечно большим;

• цепь нагрузки в виде э.д.с. Е_н и сопротивления R_н (при расчёте средних за интервал 2/m значений падения напряжения индуктивность L_н может не учитываться).

Рис.5.10. Эквивалентная схема для расчёта внешней характеристики УВ в режиме непрерывного тока.

Величина среднего значения выпрямленного напряжения в р.н.т.

U_d = E_doCos – I_d (n₁r_a + n₂mX_a/2) = E_d - I_d R_экв , (5-34)

где n₁– число фаз вторичной обмотки трансформатора.

Для трёхфазной мостовой схемы n₁= 2. Для нулевых схем n₁= 1. Коэффициент n₂ учитывает относительное изменение тока i₂ в процессе коммутации. Только в однофазной мостовой схеме n₂=2, в остальных схемах n₂ =1.

В режиме непрерывного тока внешняя характеристика является продолжением внешней характеристики в р.п.т. Сопрягаются они в точке, где ток нагрузки является предельно непрерывным, т.е. достиг среднего значения I_dгр. Учитывая это обстоятельство на Рис.5.8 внешние характеристики продолжены и в зоне р.н.т., а точки перехода от р.п.т. к р.н.т. выделены как точки граничных режимов, в которых среднее значение тока _ср = _{ср гр} равно предельно непрерывному току нагрузки УВ. Его величина вычисляется по (5-22) с добавлением к индуктивностям в этом выражении индуктивности дросселя L_ДР, если по условиям сглаживания возникает такая необходимость.