Трехфазный мостовой выпрямитель. Принципиальная схема, принцип действия. Управляемый, полууправляемый и полностью управляемый мост.

Условия работы преобразователей на ЭПС

На ЭПС преобразователи используются для

· Питания ТЭД постоянного тока

3. Классификация преобразователей на ЭПС

 

 

Выпрямители, их классификация и применение

Однополупериодный выпрямитель. Среднее выпрямленное напряжение.

Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой. Принцип действия и основные соотношения

 

 

Однофазный мостовой неуправляемый выпрямитель. Принцип работы, достоинства, недостатки, основные показатели

 

Среднее значение выпрямленного напряжения:

Где

       Среднее значение тока и максимальное значение обратного напряжения диодов соответственно:

 

       Эффективное значение тока вторичной и первичной обмоток трансформатора:

 

       В период (0 — проводят ток диоды 1 и 4, диоды 2 и 3 закрыты, т.к. к ним приложено обратное напряжение. Во второй полупериод полярность на U₂ меняется, это приводит к тому, что диоды 1 и 4 выключаются и открываются 2 и 3. В результате в оба полупериода ток в нагрузке протекает в одинаковом направлении, а ток вторичной обмотки трансформатора в различном.

 

ДОСТОИНСТВА:

1. Можно одновременно включать в сеть (без трансформатора) первичную или вторичную обмотку.

2. Выпрямляются два полупериода, что обеспечивает хорошее качество напряжения на выходе.

3. Обратное напряжение на диоде по сравнению с нулевой схемой в 2 раза меньше.

НЕДОСТАТКИ:

1. Необходимо в 2 раза больше диодов по сравнению с нулевой схемой.

2. В каждый полупериод ток протекает по 2 диодам, что обуславливает большие потери.

 

Работа управляемых выпрямителей на активно-индуктивную нагрузку

Вследствие наличия нагрузки индуктивности в момент, когда ЭДС на выходе становится равной, открываются все 4 диода, это происходит потому, что то в индуктивности мгновенно уменьшится не может. При этом как нагрузка, так и источник питания оказываются в режиме КЗ.

 

ВЫВОД:

Введение индуктивности в нагрузку позволяет существенно уменьшить пульсации тока в ней. Если в качестве нагрузки использовать ТЭД, то условия работы их улучшаются. При RL – нагрузке, форма входного тока становится близкой к прямоугольной. При RL – нагрузке возникает угол коммутации, существенно влияющий на выходное напряжение.

 

Трехфазный нулевой выпрямитель. Временные диаграммы, вывод формул для среднего выпрямленного напряжения

Бывают управляемыми и неуправляемыми

Неуправляемые                                                                                                    Управляемые

Принцип действия

На интервале времени [t₁;t₂] фаза “a” имеет наибольший потенциал по сравнению с другими фазами относительно нулевой точки трансформатора, поэтому диод VD1 находится в открытом состоянии и через него протекает ток. На нагрузке напряжение изменяется по закону огибающей фазы “a”.

В момент t₂ происходит перекоммутация с VD1 на VD2, т.к. потенциал фазы “b” становится наибольшим по отношению к нулевой точке. К нагрузке прикладывается фазное напряжение.

На интервале времени [t₂; t₃] к первому диоду прикладывается линейное напряжение между фазами “b” и “a” и он находится в закрытом состоянии.

В момент t₃ прикладывается линейное напряжения U_ca, так как происходит переключение вентилей (с VD2 на VD3).

 

Количество пульсаций за период равно 3, поэтому их называют трехпульсационными.

 

Формулы

 

Временные диаграммы

К недостатком этой схемы можно отнести:

· Высокий уровень обратного напряжения (среднее напряжение – фазное, обратное – линейное), что не позволяет использовать данную схему при повышенных уровнях напряжения.

· Ток во вторичной цепи трансформатора протекает в течение одной третьей части периода и имеет одностороннее направление, что увеличивает габаритные размеры трансформатора. Для исключения подмагничивания сердечника необходимо делать запас по намагниченности (уменьшать значение B_m), что приводит к дополнительному увеличению габаритов трансформатора. Иногда в сердечник трансформатора вводят воздушный зазор.

· Более низкие качественные показатели (K _п , K₀) по сравнению с двухполупериодной схемой выпрямления.

· Индуктивность рассеяния трансформатора влияет на форму выпрямленного напряжения, что является ограничением по мощности. При этом снижается уровень выпрямленного напряжения и возрастают пульсации.

· С точки зрения монтажа схемы – исключена возможность соединения вторичной цепи треугольником из — за нулевого вывода.

Достоинствами схемы выпрямления являются:

· более высокие токи нагрузки по сравнению с двухтактной схемой (малые потери из-за того, что в работе участвует один вентиль в любой момент времени).

· с точки зрения монтажа – существует возможность размещения полупроводников на одном радиаторе.

 

 

Трехфазный мостовой выпрямитель. Принципиальная схема, принцип действия. Управляемый, полууправляемый и полностью управляемый мост.

(еще называется «схема Ларионова»)

Неуправляемая схема

 

Полууправляемая схема

Полностью управляемая схема

Принцип действия

ток проводят в любой момент времени два последовательно соединенных диода, на аноде которого положительный наибольший потенциал и на катоде которого отрицательный наибольший потенциал.

Схема является двухполупериодной, так как ток через нагрузку протекает в течение обоих полупериодов питающего напряжения. Схема является двухтактной, так как токи во вторичных обмотках протекают в течение обоих полупериодов питающего напряжения. Токи вторичных обмоток имеют синусоидальную форму, поэтому отсутствует вынужденное намагничивание сердечника трансформатора.

Среднее значение выпрямленного напряжения определяют по формуле:

p это π

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения оп­ределяют по формуле:

где т = 6 — число фаз

Временные диаграммы

 

Неуправляемые выпрямители

При рассмотрении схем выпрямления принимаем потери в диодах и трансформаторе равными нулю, а нагрузку — чисто активной.

Однофазный мостовой (двухполупериодный) выпрямитель

Схема позволяет получить двухполупериодное выпрямление. Она содержит трансформатор и четыре диода, два из которых, соединяясь анодами, образуют общий минус выпрямителя, а два другие, соединяясь катодами, образуют общий плюс выпрямителя. На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений цепей.

На интервале от 0 до  фазное напряжение (U₂) имеет положительное значение. При этом диоды VD1 и VD4 находятся в открытом состоянии, и положительная полуволна напряжения U₂ проходит в нагрузку. В момент смены полярности U₂ происходит перекоммутация вентилей (коммутируются VD3, VD2).

Достоинства однофазного мостового выпрямителя:

• высокое значение коэффициента выпрямления К₀, малый уровень пульсации напряжения (низкое значение К_п) по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления.

• по сравнению со схемой «со средней точкой трансформатора» (двухполупериодной, однофазной) в схеме обеспечивается лучшее использование трансформатора и уровень обратного напряжения имеет меньшее значение.

Недостатки: коммутация двух вентилей в каждый момент времени приводит к увеличению потерь в звене выпрямителя, что нежелательно при больших токах. Наличие двух групп вентилей не позволяет размещать их на одном радиаторе без изоляции.

Получим основные соотношения для данной схемы выпрямления:

— т.к. ток через диод протекает в течение полупериода.

, где Р_mp– габаритная мощность трансформатора.

Схема с нулевым выводом (двухфазная однотактная)

Схема выпрямителя представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей, работающих на общую нагрузку.

На рисунке представлены графики токов и напряжений в различных точках схемы.

На интервале времени [0;] потенциал точки а – положительный, а точки б – отрицательный, поэтому диод VD1 – открыт и через него протекает ток. Напряжение, снимаемое с верхней обмотки трансформатора прикладывается к нагрузке. В момент  происходит перекоммутация с VD1 на VD2, т.к. отрицательный потенциал прикладывается к катоду VD2. Таким образом, через нагрузку ток протекает в одном и том же направлении в течение всего периода.

Достоинства этой схемы выпрямления: за счет малого числа коммутируемых элементов уменьшаются потери в выпрямительном звене, что позволяет использовать схему при высоком токе нагрузки. Существует возможность размещения полупроводников на одном радиаторе без изоляции.

Недостатки схемы: при запирании диода за счет наведения ЭДС с работающей полуобмотки в неработающую происходит удвоение напряжения, прикладываемого к диоду в закрытом состоянии. Это не позволяет использовать схему при высоких уровнях выпрямленного напряжения. Кроме того, на каждом такте участвует в работе только одна из полуобмоток, что ухудшает использование трансформатора. С точки зрения качественных показателей (К₀,К_п) данная схема не отличается от однофазной мостовой схемы выпрямления.

Основные соотношениядля схемы выпрямителя:

.

Под габаритной мощностью трансформатора понимаем полусумму мощностей всех обмоток трансформатора, поэтому с учетом 2-х полуобмоток трансформатора в уравнение для P_mр во втором слагаемом появляется множитель, равный 2. Ток I_а протекает в течение одного полупериода и имеет синусоидальную форму, поэтому дополнительно появляется множитель, равный (поскольку ). В однофазной мостовой схеме выпрямителя K_тр = 1,23, что используется в уравнение для P_тр. Тогда, для схемы со средней точкой имеем

Неуправляемые выпрямители

При рассмотрении схем выпрямления принимаем потери в диодах и трансформаторе равными нулю, а нагрузку — чисто активной.

Однофазный мостовой (двухполупериодный) выпрямитель

Схема позволяет получить двухполупериодное выпрямление. Она содержит трансформатор и четыре диода, два из которых, соединяясь анодами, образуют общий минус выпрямителя, а два другие, соединяясь катодами, образуют общий плюс выпрямителя. На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений цепей.

На интервале от 0 до  фазное напряжение (U₂) имеет положительное значение. При этом диоды VD1 и VD4 находятся в открытом состоянии, и положительная полуволна напряжения U₂ проходит в нагрузку. В момент смены полярности U₂ происходит перекоммутация вентилей (коммутируются VD3, VD2).

Достоинства однофазного мостового выпрямителя:

• высокое значение коэффициента выпрямления К₀, малый уровень пульсации напряжения (низкое значение К_п) по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления.

• по сравнению со схемой «со средней точкой трансформатора» (двухполупериодной, однофазной) в схеме обеспечивается лучшее использование трансформатора и уровень обратного напряжения имеет меньшее значение.

Недостатки: коммутация двух вентилей в каждый момент времени приводит к увеличению потерь в звене выпрямителя, что нежелательно при больших токах. Наличие двух групп вентилей не позволяет размещать их на одном радиаторе без изоляции.

Получим основные соотношения для данной схемы выпрямления:

— т.к. ток через диод протекает в течение полупериода.

, где Р_mp– габаритная мощность трансформатора.

Схема с нулевым выводом (двухфазная однотактная)

Схема выпрямителя представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей, работающих на общую нагрузку.

На рисунке представлены графики токов и напряжений в различных точках схемы.

На интервале времени [0;] потенциал точки а – положительный, а точки б – отрицательный, поэтому диод VD1 – открыт и через него протекает ток. Напряжение, снимаемое с верхней обмотки трансформатора прикладывается к нагрузке. В момент  происходит перекоммутация с VD1 на VD2, т.к. отрицательный потенциал прикладывается к катоду VD2. Таким образом, через нагрузку ток протекает в одном и том же направлении в течение всего периода.

Достоинства этой схемы выпрямления: за счет малого числа коммутируемых элементов уменьшаются потери в выпрямительном звене, что позволяет использовать схему при высоком токе нагрузки. Существует возможность размещения полупроводников на одном радиаторе без изоляции.

Недостатки схемы: при запирании диода за счет наведения ЭДС с работающей полуобмотки в неработающую происходит удвоение напряжения, прикладываемого к диоду в закрытом состоянии. Это не позволяет использовать схему при высоких уровнях выпрямленного напряжения. Кроме того, на каждом такте участвует в работе только одна из полуобмоток, что ухудшает использование трансформатора. С точки зрения качественных показателей (К₀,К_п) данная схема не отличается от однофазной мостовой схемы выпрямления.

Основные соотношениядля схемы выпрямителя:

.

Под габаритной мощностью трансформатора понимаем полусумму мощностей всех обмоток трансформатора, поэтому с учетом 2-х полуобмоток трансформатора в уравнение для P_mр во втором слагаемом появляется множитель, равный 2. Ток I_а протекает в течение одного полупериода и имеет синусоидальную форму, поэтому дополнительно появляется множитель, равный (поскольку ). В однофазной мостовой схеме выпрямителя K_тр = 1,23, что используется в уравнение для P_тр. Тогда, для схемы со средней точкой имеем

1.2. Неуправляемые выпрямители трехфазного тока

За исключением случаев, когда единственно возможным источником питания является сеть однофазного переменного тока, питание постоянным током потребителей средней и большей мощности производится от трехфазных выпрямителей. При выпрямлении трехфазного переменного тока достигается лучшее качество выпрямленного напряжения за счет снижения амплитуды пульсаций. Напряжение трехфазных выпрямителей легче подвергается сглаживанию, так как частота пульсаций здесь существенно выше, чем в однофазных выпрямителях. Облегчающим фактором в построении выпрямительных установок рассматриваемого диапазона мощностей служит и меньшая загрузка вентилей трехфазных схем по току и напряжению. Из выпрямителей трехфазного тока находят применение две основные схемы выпрямления – трехфазная с нулевым выводом и трехфазная мостовая.

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом обмотки трансформатора

В схему трехфазного неуправляемого выпрямителя с нулевым выводом входит трансформатор со вторичными обмотками, соединенными звездой. Первичные обмотки соединяются звездой или треугольником. Выводы вторичных обмоток связаны с анодами трех вентилей. Нагрузка подключается к общей точке соединения катодов вентилей и нулевому выводу вторичных обмоток. Принцип действия иллюстрируется временными диаграммами

на рис.1.5. На рис. 1.5 б показана трехфазная система вторичных напряжений трансформатора относительно нулевой точки (фазные напряжения Е_2а, Е_2в, Е_2с). В силу того, что нагрузка подключена к нулевому выводу вторичных обмоток и общей точке соединения катодов вентилей, последние способны проводить ток только при положительной полярности вторичных напряжений.

Рис. 1.5. Выпрямление трехфазного тока с нулевым выводом, когда первичная обмотка соединена в треугольник

Однако в открытом состоянии может находиться только тот из вентилей, для которого фазное напряжение по отношению катода выше, чем у двух других. Каждый из непроводящих вентилей будет заперт обратным напряжением, равным разности напряжений его фазы и фазы проводящего вентиля. Таким образом, интервал проводимости каждого вентиля составляет угол равный 2/3. Открытый вентиль подключает напряжение соответствующей фазы к нагрузке. В результате на ней действует однополярное пульсирующее напряжение Ud, представляющее собой участки фазных напряжений Еа, Ев, Ес (рис.1.5 б, в).

При чисто активной нагрузке кривая ее тока Id=Ud/Rd имеет ту же форму, что и напряжение, Ud (рис. 1.5, в). Указанной очередности отпирания вентилей соответствуют кривые анодных токов, показанные на рис.1.5, в.

Среднее значение выпрямленного напряжения находят по площади анодных напряжений на рис. 1.5, в

(1.32)

где — действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Из рис.1.5 находим

(1.33)

Среднее (за период) значение тока через вентиль будет равно

(1.34)

Максимальное значение тока через вентиль связано со средним значениемId

(1.35)

Обратное напряжение на вентиле в данной схеме определяется междуфазным линейным напряжением вторичных обмоток, поскольку неработающий вентиль присоединен анодом к одной из фаз, а катодом через другой работающий вентиль к другой фазе, вторичной обмотке трансформатора. Мгновенное значение междуфазного напряжения соответствует ординатам заштрихованной площади на рис. 1.5,б. По ним построена линейная диаграмма обратного напряжения на вентиле (рис. 1.5,г).

Максимум обратного напряжения равен амплитуде междуфазного напряжения

(1.36)

По выражениям (1.34), (1.35) и (1.36) выбирается вентиль.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки определяется по выражению (1.34). Действующее значение тока в этой обмотке можно подсчитать, пренебрегая пульсациями тока (что не вносит заметной ошибки), т.е. в предположении, что ток вентиля, а следовательно, и ток вторичной обмотки трансформатора изменяется по прямоугольнику с высотой Id.

Тогда

. (1.37)

Действующее значение тока превосходит среднее значение этого тока в раз.

При рассмотрении первичных токов необходимо учитывать схему соединения первичной обмотки.

При соединении первичной обмотки в звезду

При соединении первичной обмотки в звезду (рис. 1.6, а.) закономерность получается несколько иной в силу того, что ток, проходящий по одной фазе, связан через нулевую точку с токами в других фазах.

Рис.1.6. Характеристики выпрямителя трехфазного тока с нулевым выводом, когда первичная обмотка соединена в звезду

Действительно, в каждый момент токи в узле (нулевой точке) связаны уравнением

, (1.38)

из которого следует, что ток одной из фаз по необходимости вызывает токи и в других фазах первичной обмотки, хотя вторичные обмотки этих фаз токов не пропускают.

Для того, чтобы найти токораспределение в первичных обмотках при протекании тока в одной из вторичных обмоток, воспользуемся дополнительно к (1.38) уравнениями , характеризующими баланс магнитодвижущих сил (МДС) по замкнутым магнитным контурам, или уравнениями для токов, характеризующими эти МДС при равенстве чисел витков.

Так, начиная рассмотрение с той трети периода, когда ток проходит по фазе вторичной обмотки а, как это показано на рис. 1.6,а, обходя один раз по магнитному контуру, включающему сердечник А и В, а в другом случае по контуру, включающему сердечник В и С, при равенстве числа витков можем получить два уравнения для витков

(1.39)

Совместное решение (1.38) и (1.39) для рассматриваемой трети периода дает токи в фазах первичной обмотки

(1.40)

Из (1.39) следует, что первичная обмотка, соответствующая нагруженной вторичной обмотке, пропускает в положительном направлении 2/3 нагрузочного тока (приведенного к первичной обмотке), в то время как две другие фазы пропускают в отрицательном направлении в рассматриваемую 1/3 периода по 1/3 от нагрузочного тока (рис. 1.6,б). В следующие две трети периода токораспределение повторяется для двух других фаз. Изменение первичных токов в фазах А и В изображены на (рис.1.6,в и г).

Найденное токораспределение сказывается на потокораспределении в магнитной системе трансформатора. При прохождении тока на первом сердечнике получается небаланс в 1/3 от полной МДС, причем избыточная МДС создается током вторичной обмотки. На двух других сердечниках в эту же треть периода также создается небаланс в 1/3 от полной МДС. В следующей 2/3 периода нескомпенсированность повторяется за счет токов в фазах В и С.

При соединении первичной обмотки в треугольник

Рис.1.7. Выпрямление трехфазного тока с нулевым выводом, когда первичная

обмотка соединена в треугольник

Ток в каждой из фаз этой обмотки может протекать независимо от токов в других фазах (рис. 1.7, а), первичный ток может быть определен, исходя из принципа, который был установлен для однополупериодного выпрямления (рис. 1.2), т.е. путем исключения постоянной составляющей из полного тока, проходящего через вентиль (предполагается, что трехфазный нулевой выпрямитель состоит из трех однополупериодных однофазных преобразователей).

Это приводит к диаграмме первичного тока (рис. 1.7, д,е,ж), построенной по диаграмме вентильного тока путем перенесения оси кривой тока на величину постоянной составляющей

Нескомпенсированные МДС создают в каждую треть периода однонаправленный во всех трех сердечниках магнитный поток (рис. 1.7,д,е). Этот поток замыкается от ярма к ярму через воздух и кожух трансформатора. Однонаправленный поток появляется при любом соединении первичной обмотки. Разница заключается в том, что при соединении обмотки в треугольник этот поток неизменен во времени, так как не скомпенсированными оказываются только постоянные составляющие токов во вторичных обмотках, а при соединении первичной обмотки в звезду однонаправленный поток пульсирует так же, как и анодные токи, поскольку пульсации тока также нескомпенсированы полностью на сердечниках. Пульсации потока имеют трехкратную частоту. Наличие однонаправленного потока в сердечниках приводит к необходимости увеличения сечений этих сердечников.

Действующее значение первичного фазового тока определяется, исходя из прямоугольной кривой этого тока. Для обеих схем получаем

(1.41)

При треугольнике нужно знать значение линейного тока. Кривая этого тока построена на рис. 1.7,з по разности токов в фазах А и В (рис. 1.7,е,ж).

При пренебрежении пульсациями действующее значение линейного тока равно

(1.42)

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора

(1.43)

5.5. Особенности работы полууправляемого выпрямителя

Для упрощения системы управления и удешевления выпрямителя применяются несимметричные мостовые схемы, у которых одна из групп тиристоров (обычно анодная) заменяется неуправляемыми дио­дами (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Несимметричная мостовая схема

Такие выпрямители используются в устройствах небольшой мощности, а также в установках большой мощности при ограниченном диапазоне регулирования. В работе схемы при непрерывном токе нагрузки различают два режима: при 0 <α < π/З и α > π/3.

Временные диаграммы фазных напряжений и напряжения на нагрузке при 0 < α < π/3 показаны на рис. 5.14, а, б.

Рис. 5.14. Временные диаграммы фазных напряжений и напряжения на нагрузке

Кривая выходного напряжения получается несимметричной.

Работу схемы при углах управления α>π/3 иллюстрирует рис. 5.15.

В этом случае, как хорошо видно на диаграмме рис. 5.15, а, име­ются интервалы времени, когда ток проводят два вентиля, подклю­ченные к одной из фаз. Например, на интервале—Т₃ ток прово­дит тиристор, подключенный к фазе с, и диод, подключенный к той же фазе. В этом случае ток нагрузки замыкается накоротко через эти вентили и в кривой выходного напряжения (рис. 5.15, б) получа­ются паузы, т. е. в нагрузке про­текает ток при нулевом напря­жении на выходе выпрямителя, который поддерживается энер­гией, накопленной в индуктив­ности нагрузки.

Рис. 5.15. Временные диаграммы фазных напряжений

В обмотках трансформатора и в сети на этих интервалах ток не проте­кает. Используя временные диа­граммы рис. 5.15, находим:

. (5.11)

Как следует из полученных выше соотношений, регулировочная характеристика полу управляемого выпрямителя, показанная на рис. 5.16, описывается одинаковыми соотношениями во всем диапа­зоне регулирования.

Рис. 5.16. Регулировочная характеристика полу управляемого выпрямителя

5.6. Коммутационные процессы в выпрямителях

Коммутацион­ным процессом (или явлением коммутации) называют процесс пере­хода тока с одного вентиля на другой. Рассмотрим процесс на примере схемы выпрямителя с нулевой точкой трансформатора (рис. 5.17). В этой схеме в анодной цепи каждого вентиля схематически изображена паразитная анодная индуктивность (индуктивное сопротивление рассеяния) трансфор­матора

Рис. 5.17. Схема выпрямителя с нулевой точкой трансформатора

. Временные диаграммы, поясняющие процессы коммутации при угле управления α = 0, показаны на рис. 5.18.

Р Рис. 5.18. Временные диаграммы при угле управления α = 0

Если х_а = 0, то переход тока с одного вентиля на другой происхо­дит мгновенно. Если х_а =Ф, то ток в цепи с анодной индуктивностью не может измениться мгновенно, т. е. требуется некоторое время, чтобы ток одного вентиля (например, VT1) уменьшился от I_d до нуля, а ток другого вентиля (VT2) возрос от нуля до I_d (рис. 5.18,). Ток вентиля VT3 при этом равен нулю.

Здесь и далее будем считать, что индуктивность нагрузки L_d достаточно велика и ток нагрузки i_d хорошо сглажен.

Время одновременного проводящего состояния двух вентилей называется временем коммутации, а угол, соответствующий этому времени, называется углом коммутации γ (рис. 5.18, б). Мгновенное значение напряжения на нагрузке определяется значением фазного напряжения, подключенного к нагрузке через проводящий вентиль. На анодной индуктивности не наводится противо ЭДС, так как ток фазы, являющийся током нагрузки, на интервале проводимости вен­тиля не изменяется.

Внешняя характеристика управляемого выпрямителя может быть представлена в следующем виде:

^• (5.12)

Для управляемого выпрямителя получаем несколько характеристик.

Выходная характеристика неуправляемого выпрямителя показана на рис. 5.19 при угле α=0. При увеличении угла α выходные характеристики располагаются параллельно естественной (α=0), но ниже, образуя семейство характеристик. На рис. 5.19 представлены совмещенные выход­ные и регулировочные характеристики.

Рис. 5.19. Совмещенная выход­ная и регулировочная характеристики

Как рассматривалось выше, в области больших углов управления и (или) малых токов нагрузки возникает режим прерывистого тока нагрузки. В кривой выходного напряжения исчезают отрицательные площадки и возникают паузы. В результате среднее значение выходного напряжения несколько растет. Это хорошо видно на внешних характеристиках в режиме малых токов.

Уравнение внешней характеристики удобно записывать не через х_а, а использовать полученное соотношение, в котором х_а выражено через напряжение короткого замыкания трансформатора U_к, %.

Тогда уравнение внешней характеристики можно записать в виде:

^, (5.13)

где и_к — выражено в процентах.

Учитывая, что коммутация в общем случае происходит на интервале от 0 до π∕2 и при этом ток вступающего в ра­боту вентиля изменяется от 0 до I_d.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое угол регулирования α. От какой точки он отсчитывается на вре­менных диаграммах: а) при т = 2; б) т = 3; в) т = 6?

2. Что такое регулировочная характеристика?

3. Что такое режим прерывистого и непрерывного тока? Когда возникает режим прерывистого тока при активной нагрузке: а) при т = 2; б) т = 3; в) т = 6? Может ли возникнуть режим прерывистого тока при активно- индуктивной нагрузке?

4. Что такое анодная индуктивность и как она влияет на значение выходно­го напряжения выпрямителя?

5. Что такое угол коммутации γ и от чего он зависит?

5.6.Используя временные диаграммы, объясните принцип работы многофаз­ных схем:

а) трехфазной схемы с нулевым выводом; б) трехфазной мостовой схемы; в) схемы две обратные звезды с уравнительным реактором.

5.7. Поясните принцип построения эквивалентных многофазных схем, объяс­ните природу возникновения потока вынужденного намагничивания и в каких схемах он возникает?

5.8. По каким параметрам выбирают вентили и трансформатор в

выпрями­тельных установках?

9. . Какие существуют способы повышения пульсности выходного напряже­ния выпрямителей?

5.10. Какими способами можно получить фиксированный фазовый сдвиг меж­ду системами трехфазных напряжений, питающих выпрямитель?

2.4. Полууправляемый трехфазный выпрямитель

На рис.44.9, а представлена полууправляемая мостовая схема выпрямления, в которой три вентиля управляемые, а три – неуправляемы. На рис.44.9, б-г показаны диаграммы выпрямленного напряжения и сетевого тока. При α = 0 эл.град. выпрямленное напряжение формируется как в неуправляемом выпрямителе. При α ≤ 30 эл.град процесс выпрямления протекает следующим образом. В момент (, где ω – угловая частота,t – время) отпирается вентиль VS1, и ток нагрузки до момента протекает через вентилиVS1 и VD2. В момент ток нагрузки переходит с вентиляVD2 на вентиль VD3, так как катод последнего становится более отрицательным. Управляемый вентиль пропускает ток до момента , когда подается импульс на управляющий электрод вентиляVS2. При α > 30 эл.град. процессы изменяются. В момент подан управляющий импульс на вентильVS3, ток нагрузки пропускают вентили VS3 и VD2. В момент напряжение между анодом и катодом вентиляVS3 оказывается равным нулю, и он запирается. Напряжение на нагрузке становится равным нулю до момента следующего отпирания управляемого вентиля. В случае активно-индуктивной нагрузки напряжение на интервале так же равно нулю, так как ток, обусловленный энергией, накопленной в нагрузке, замыкается через диодVD3 и вентиль VS3, отключая нагрузку от сети.

Рис.44.9. Схема полууправляемого выпрямителя

Зависимость выпрямленного напряжения от угла регулирования для обоих режимов работы имеет вид

, (44.9)

где – напряжение холостого хода на нагрузке при α = 0; U₂ – действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора; α – угол отпирания тиристоров.

При α = 0 эл.град. справедливы следующие соотношения трехфазной мостовой схемы выпрямления:

– среднее и максимальное значения анодного тока вентиля

; (44.10)

– обратное напряжение вентиля равно:

. (44.11)

Действующие значения вторичного и первичного тока трансформатора соответственно равны

. (44.12)

Типовая мощность трансформатора равна

, (44.13)

где – суммарная мощность цепей накала, питаемых от данного трансформатора.

Расчет выпрямителя ведется в следующем порядке:

1. Напряжение холостого хода выпрямителя

. (44.14)

2. Коэффициент К₀ = (1,1 + 1,3) учитывает потери напряжения в схеме выпрямителя. При низком U_d величину К₀ принимают больше, чем при высоком U_d.

3. Выбираются вентили с учетом выражений (44.10, 44.11).

4. Определяется типовая мощность трансформатора по (44.13). Если имеется цепь накала, то мощность накала добавляется к типовой мощности.

5. Подбирается типовой трансформатор, для которого известны напряжение короткого замыкания U_к % и cos φ_к. Для трансформатора, установленного на стенде, U_к = 5,8 %, cos φ_к = 0,92.

6. Определяется активное сопротивление трансформатора:

, (44.15)

где – число вторичных обмоток трансформатора.

7. Индуктивное сопротивление трансформатора

. (44.16)

8. Определяется падение напряжения на R_тр и х_тр:

, (44.17)

где n₁ – число фаз вторичной обмотки, через которые последовательно протекает ток нагрузки I_d; m – число фаз выпрямителя, для мостовой схемы m = 6.

При наличии дросселя сглаживающего фильтра определяется падение напряжения ∆U_ф.

Для мощных выпрямителей: .

После нахождения всех потерь в выпрямителе определяют точное значение напряжения холостого хода:

, (44.18)

где ∆U_а – падение напряжения на вентилях, через которые последовательно протекает ток нагрузки. В мостовой схеме I_d протекает последовательно через два вентиля, а в схеме с регулированием на первичной стороне – через четыре вентиля.

КПД выпрямителя без учета потерь в цепях собственных нужд выпрямителя и потерь в сердечнике трансформатора равен

. (44.19)

Нагрузочные характеристики полууправляемого выпрямителя определяются выражением

, (44.20)

для мостовой схемы первое слагаемое имеет вид .