Коммутация и режимы работы выпрямителя

3.7.1. Коммутация в однофазном мостовом управляемом выпрямителе

Выше процесс перехода тока из одного вентиля в другой (процесс коммутации) рассматривался как мгновенный. В действительности из-за наличия в цепи переменного тока индуктивных сопротивлений коммутация имеет определенную длительность. Эти сопротивления обусловлены, в основном, индуктивностями рассеяния обмоток источника и определяются, как правило, из опыта короткого замыкания или расчетным путем. Помимо индуктивного сопротивления, на процессы коммутации влияет и активное сопротивление обмоток, но его влияние значительно меньше.

Рассмотрим процессы коммутации с учетом только индуктивных сопротивлений обмоток источника , полагая при этом выпрямленный ток идеально сглаженным и непрерывным (). Поскольку характер процессов коммутации в различных выпрямительных схемах одинаков, он рассмотрен на примере простейшей схемы выпрямления – однофазной мостовой (рис. 3.13).

Предположим, что в проводящем состоянии находятся вентили В1 и В4 и через них протекает ток . Спустя после смены полярности фазного напряжения в момент θ₁ поступают отпирающие импульсы на вентили В2 и В3. Поскольку потенциал анодов В2 и В3 в этот момент положительны относительно катодов, вентили открываются и через них протекает ток .

Начиная с момента θ₁ все вентили оказываются открыты, и вторичная обмотка источника будет замкнутой через них накоротко (ток в нагрузку не идет т.к. ). Под действием э.д.с. источника в контуре коммутации возникает ток короткого замыкания i_К, который является коммутирующим током. Этот ток можно представить в виде двух составляющих, одна из которых продолжает протекает на интервале коммутации через вентили В1 и В4 на протяжении угла (где ):

,

а вторая начинает протекать через вентили В2 и В3 начиная с

 

.

Результирующий ток короткого замыкания

(3.26)

Он направлен от положительного потенциала к отрицательному. Учитывая, что при выпрямленный ток остается неизменным даже в процессе коммутации вентилей, т.е. можно записать:

, (3.27)

где - среднее значение выпрямленного тока (тока нагрузки).

Выражение (3.27) справедливо для любого момента времени. Пока ток проводят вентили В1 и В4 получаем: и . На интервале одновременной проводимости вентилей В1 – В4 и (рис. 3.13), и в конце процесса коммутации ток из вентилей В1, В4 вытесняется в вентили В2,В3, т.е. , а

. (3.28)

Значение угла коммутации вентилей определяется из следующих соображений.

В конце коммутационного процесса на основании (3.26) и (3.28) имеем

(3.29)

или (3.30),

где - амплитудное значение тока короткого замыкания.

Если выпрямитель неуправляемый, то . Обозначив угол коммутации вентилей для этого режима как γ₀, в конце процесса коммутации имеем

,

или (3.31)

 

Подстановка (3.31) в (3.30) дает:

,

или .

Отсюда угол коммутации вентилей в управляемом однофазном двухполупериодном выпрямителе

. (3.32)

Таким образом, наличие периода коммутации вентилей выпрямителя увеличивает время протекания тока в них по сравнению с идеализированной схемой на угол , т.е. становится равным .

Кроме того, процесс коммутации оказывает непосредственное влияние на выпрямленное напряжение, т.к. на интервалах коммутации мгновенное значение выпрямленного напряжения снижается до нуля. В результате этого происходит уменьшение среднего значения выпрямленного напряжения на величину

.

С учетом (3.19)

.

Следовательно, для однофазного управляемого мостового выпрямителя при среднее значение выпрямленного напряжения с учетом коммутационных процессов в тиристорах:

. (3.33)

Наличие участков коммутации вентилей снижает среднее значение выпрямленного напряжения, а снижение напряжения приведет к уменьшению значения выпрямленного тока.

 

3.7.2. Коммутация в трехфазном мостовом управляемом выпрямителе

При коммутации в трехфазных схемах выпрямления возникают частичные контуры короткого замыкания между отдельными фазами. При этом мгновенное значение выпрямленного напряжения не падает до нуля, а становится равным среднему арифметическому значению напряжений фаз, в вентилях которых коммутируются токи. Так для трехфазной мостовой схемы выпрямления и трехфазной схеме выпрямления со средней точкой значение выпрямленного напряжения на интервале коммутации тока между вентилями фаз a и b равно

,

где и - мгновенные значения фазных напряжений источника.

На рис. 3.14 представлена диаграмма мгновенных значений выпрямленного напряжения для трехфазной мостовой схемы. Длительность протекания тока через вентили при индуктивной нагрузке, когда (например через вентиль В1) увеличивается на угол и становится равной .

Угол коммутации вентилей связан с выпрямленным током и углом управления соотношением

.

Падение напряжения, на которое уменьшаются средние значения выпрямленного напряжения, равно:

в трехфазной схеме со средней точкой

;

в трехфазной мостовой схеме

.