Выпрямителей средней и большой мощности

Как отмечалось в выпрямителях средней и большой мощности возрастает влияние э.д.с., создаваемых первичной и вторичной обмотками трансформатора, их магнитными потоками рассеяния. Это обусловливается, во-первых, относительным увеличением самих индуктивностей рассеяния из-за ухудшения магнитной связи между обмотками при выполнении трансформаторов большой мощности, во-вторых, уменьшением активных сопротивлений в схеме.

Повышение роли индуктивностей рассеяния сказывается на процессе перехода тока нагрузки с одного вентиля выпрямителя на другой (процесс коммутации). В маломощных выпрямителях процесс перехода тока с одного вентиля на другой происходит практически мгновенно и не учитывается. В выпрямителях средней и большой мощности интервал коммутации, характеризуемый углом γ, может занимать довольно значительную часть длительности рабочих процессов. Коммутационные процессы оказывают существенное влияние на работу, показатели и характеристики выпрямителя. Влияние индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора L_s1, L_s2, а при более точных расчетах – и индуктивности питающей сети L_c, учитывается суммарной индуктивностью L_a=L_s2 (L_s1+L_c)(ω₁/ω₂)². Процесс коммутации и его влияние на показатели и характеристики рассмотрим на примере однофазной схемы с нулевым выводом. Временные диаграммы, поясняющие влияние коммутационных процессов показаны на рис.1.10. Влияние заключается в том, что при подачи отпирающего импульса на очередной тиристор выпрямителя по истечению интервала α индуктивные сопротивления x_а1 и x_а2 затягивают процесс уменьшения до нуля тока проводящего тиристора и нарастание до значения Id тока тиристора, вступающего в работу. В результате на интервале коммутации γ в работе находятся оба тиристора выпрямителя. Эти тиристоры создают короткозамкнутый контур для последовательно соединенных вторичных обмоток трансформатора с суммарным напряжением 2u₂ и сопротивлением x_а1 + x_а2. Таким образом, к каждому сопротивлению приложено напряжение u_2. Напряжение на интервале определяется выражением u_d=(u_2-1+u_2-2)/2.

Поскольку отсчет каждого из напряжений относительно нулевого вывода обмотки противоположны, то напряжение на интервале коммутации равно нулю. Вследствие этого при вычислении напряжения заштрихованные площадки из расчета выпадают. Таким образом, при конечной длительности этапа коммутации среднее значение выпрямленного напряжения будет меньше, чем при отсутствии интервала коммутации Для U_d будет действовать соотношение U_d=U_d0cosα - ΔU_dγ, где U_в= среднее значение напряжения на нагрузке при α=0 в режиме холостого хода, ΔU_d – усредненное коммутационное снижение напряжения за период. Величину ΔU_d находим из выражения

В формулу входит член cosα – cos(α + γ), который можно определить, рассмотрев более детально коммутационный процесс перехода тока с одного тиристора на другой. С отпиранием тиристора Т₁ начинается интервал совместной работы обоих тиристоров при полярности напряжения на вторичных обмотках трансформатора, показанной на рис без скобок. Постепенное уменьшение тока тиристора Т₂ до нуля и возрастание до I_d тока тиристора Т₁ происходит под действием тока коммутации i_k, протекающего по короткозамкнутому контуру, образованному этими тиристорами.

С отпиранием тиристора Т₁ начинается интервал совместной работы обоих тиристоров при полярности напряжения на вторичных обмотках трансформатора, показанной на рис без скобок. Постепенное уменьшение тока тиристора Т₂ до нуля и возрастание до I_d тока тиристора Т₁ происходит под действием тока коммутации i_k, протекающего по короткозамкнутому контуру, образованному этими тиристорами.

Ток i_k находят из расчета коммутационного процесса, последовавшего после отпирания тиристора Т₁. Ток коммутации при этом удобно представить в виде принужденной и свободной составляющих i_k= i_к.пр + i_св.. Принужденная составляющая обуславливается суммарным напряжением контура коммутации 2u₂ и его сопротивлением 2x_a._. Поскольку сопротивление контура чисто реактивное, ток i_к.пр отстает по фазе

от напряжения 2u₂ на угол π/2

В этом выражении начало отсчета времени принято в точке σ = α

Свободная составляющая i_к.св.= Ae^-σ/ωt, где A- некоторая постоянная, t-2L_a/R - постоянная времени контура коммутации. Для выпрямителей средней и большой мощности активное сопротивление контура коммутации мало (R стремиться к 0), в связи с чем t – к бесконечности. Тогда I_к.св.=А

Рис.1.10. Схема выпрямителя и его временные диаграммы при коммутации тока

тиристоров

Выражение для коммутационного тока имеет вид.

Постоянную А находим из начальных условий σ=0, i_k=0

, Таким образом,

Кривая коммутационного тока определяет закон изменения на этапе коммутации анодного тока тиристора Т₁, а разность I_d – i_k – изменение анодного тока тиристора Т₂. Интервал коммутации заканчивается при достижении током i_a1 величины I_d. Подстановка вместо σ =γ, i_к =Ι_d

На основании полученных выражений можно определить среднее значение напряжения управляемого выпрямителя с учетом коммутации

Полученное выражение описывает внешнюю характеристику управляемого выпрямителя. Для различных значений угла управления они представляются семейством параллельных прямых, приведенных на рис.1.11.

Рис. 1.11 Внешние характеристики выпрямителя при различных значениях угла α

Наклон характеристик зависит от величины приведенного к вторичной обмотке трансформатора суммарного реактивного сопротивления.

Для неуправляемого выпрямителя внешние характеристики будут иметь вид

Уменьшение напряжения на нагрузке с ростом тока объясняется увеличением коммутационного падения напряжения вследствие возрастания угла коммутации. Это показано на рис 1.12.

Рис. 1.12. Графики уменьшения среднего значения напряжения с ростом тока

нагрузки