Мостовой управляемый выпрямитель трехфазного тока

Трехфазная мостовая схема получила распространение при построении управляемых выпрямителей трехфазного тока. Особенностью работы выпрямителя заключается в том, что отпирание очередного вентиля происходит с задержкой на угол α, относительно естественного угла отпирания.

Поскольку в мостовой схеме кривая выпрямленного напряжения формируется за счет линейных напряжений, то и состоит она из отрезков линейных напряжений.

При изменении угла α в диапазоне 0 - 60⁰ переход напряжения с одного линейного напряжения на другое осуществляется в пределах положительной полярности участков линейных напряжений. По этому его форма не зависит от вида нагрузки.

При α>60 вид выходной кривой зависит от нагрузки. Это связано с тем, что при активно-индуктивной нагрузке ток продолжает протекать через тиристоры и вторичную обмотку трансформатора и при изменении полярности питающего напряжения. В кривой выпрямленного напряжения появляются участки отрицательной полярности. Равенство площадей участков положительной и отрицательной полярности наступает при α=90.

Зависимость выпрямленного напряжения от угла α при L – стремящейся к бесконечности будет

ωtdωt =U_d0cosα

Регулировочные характеристики приведены на рис.1.21.

Учет коммутации проводится аналогично предыдущему случаю. Выражение для внешней характеристики имеет вид.

Это уравнение является общим, ибо здесь возможно получение внешних характеристик при α=0, т.е. для выпрямителя неуправляемого.

Рис.2.21 Регулировочная характеристика при разных значениях индуктивности

нагрузки.

Внешние характеристики 3^х-фазного мостового выпрямителя.

В трехфазной мостовой схеме при изменении выпрямленного тока в пределах, соответствующих изменению угла коммутации от нуля до 60⁰, внешняя характеристика представляет собой прямую линию.

Эта закономерность нарушается, если ток продолжает возрастать и после достижения угла коммутации 60⁰. При γ=60⁰ продолжительность проводимости вентилей составляет γ=60⁰ +120⁰=180⁰. Режим при γ=60⁰ характерен одновременным открытием двух вентилей в одной группе и одного вентиля в другой группе, мал. 1.22..

Рис.2.22. Внешние характеристики 3-фазного мостового выпрямителя.

Увеличение γ>60⁰ невозможно, так как окончание коммутации позднее момента времени t₁ вызовет задержку в начале коммутации вентилей 6 и 2 анодной группы. Это объясняется тем, что при сделанном допущении об увеличении угла сверх 60⁰ потенциал катода вентиля 2 (общий с потенциалом участвующего в коммутации вентиля 5) будет оставаться положительным относительно катода вентиля 6. Открытие очередного вентиля будет задерживаться на некоторый угол α_в, соответственно, с чем будет задерживаться и начало коммутации. Таким образом, снижение напряжения при дальнейшем росте тока будет происходить не за счет увеличения угла коммутации более 60⁰, а за счет вынужденной зависящей от величины тока задержки в открытии очередных вентилей α_в. Однако увеличение угла α_в. ограничивается 30⁰. При дальнейшем росте тока создаются условия для увеличения продолжительности коммутации между вентилями сверх γ=60⁰, что может иметь место только при одновременной коммутации между вентилями в обеих группах – катодной и анодной. Действительно, допустим, что при сохранении неизменным α_в=30⁰ угол коммутации между вентилями 1 и 5 фаз А и С возрос выше 60⁰ (т.е. продолжается позднее момента t₃, тогда потенциал катода вентиля 2 анодной группы фазы С окажется отрицательным относительно катода открытого вентиля 6 фазы В^’. Поэтому в момент t₃ одновременно с коммутацией между вентилями фаз А и С катодной группы начинается коммутация между вентилями фаз В^’ и С^.’ анодной группы. Одновременная коммутация в анодной и катодной группах (открыты четыре вентиля) приводит к короткому замыканию трех фаз вторичной обмотки трансформатора и к появлению интервала времени, когда u_d =0, (интервал t₃ t₄) рис.2.23.а.

При дальнейшем росте тока интервал времени с нулевым значением выпрямленного напряжения возрастает, пока при полном коротком замыкании продолжительность коммутации не возрастет до 120⁰. Коммутация будет происходить одновременно в обеих группах, выпрямленное напряжение окажется равным нулю, а ток примет значение тока короткого замыкания.

На рис.2.23.б. показано изменение γ, α_в в процессе роста тока от холостого до короткого замыкания. Таким образом, внешнюю характеристику можно разбить на следующие участки:

1. Работают постоянно два вентиля, во время коммутации присоединяется третий, угол коммутации возрастает до 60⁰_.

2. Постоянно работают три вентиля, появляется вынужденный угол регулирования α_в, угол γ=60⁰ остается постоянным.

3.Постоянно работают три вентиля, при одновременной коммутации в двух группах проводят одновременно четыре вентиля. Угол α_в=30⁰ остается постоянным, угол коммутации при полном коротком замыкании возрастает до до 120⁰.

Рис 1.23.а б

Найдем аналитические выражения для указанных участков внешней характеристики.

Первый участок прямолинейный

- или в относительных единицах, при m=6

(2.1)

При γ=60⁰ выпрямленное напряжение будет равно

(2.2)

Подставляя значение U_d* в выражение (2.1) получаем

=

Второй участок. Для определения границы этого участка с первым участком (γ=60⁰, α_в=0) запишем следующие зависимости

(2.3)

Приведем оба соотношения к виду

Возведем обе части этих уравнений в квадрат и сложим, левые и правые части

На этом участке снижение напряжения происходит при α_в=cons вследствие возрастания угла коммутации. Поэтому, как и для первого участка, характеристика имеет прямолинейный характер.

Третий участок Величину тока полного короткого замыкания, когда U_d=0_, можно найти с достаточной для практических расчетов точностью, если принять, что в режиме короткого замыкания форма тока во вторичных обмотках синусоидальна.

Среднее значение фазового тока

При α=60 внешняя характеристика на всем диапазоне изменения тока прямолинейна, так как при

α=60 и γ=60

При этом внешняя характеристика выпрямителя будет иметь вид, приведенный на мал..1.24.

Рис. 1.24. Внешняя характеристика с учетом коммутации тока.