Мартынов_силаI. А. А. Мартынов силовая электроника

• Название: А. А. Мартынов силовая электроника
• Анкор: Мартынов_силаI.pdf
• Дата: 25.04.2018
• Размер: 4.22 Mb.
• Имя файла: Мартынов_силаI.pdf
• Тип: Учебное пособие; #18498
• страница: 5 из 13

Вопросы для самоконтроля. Сформулируйте принцип работы двойной трехфазной схемы выпрямления с уравнительным реактором. Какие условия необходимо выполнить для обеспечения нормальной работы этой схемы
3. Чему равен интервал проводимости тока каждого вентиля этой схемы
4. Во сколько раз максимальное напряжение на закрытом вентиле больше среднего значения напряжения нагрузки. Укажите значение установленной мощности уравнительного реактора (в масштабе мощности нагрузи) при α = 0°.
6. Чему равна частота пульсации напряжения нагрузки. Чему равно среднее значение тока каждого вентиля в масштабе тока нагрузки

61
1.10. Кольцевая схема выпрямления
Кольцевая схема выпрямления, принципиальная схема которой приведена на рис. 18, предназначена в первую очередь для работы на низковольтную сильноточную нагрузку, включая и зарядку аккумуляторов Схема содержит трехфазный трансформатор с двумя трехфазными вторичными обмотками, соединенными в звезду. Нагрузка подключается через сглаживающий дроссель L
d
к нулевым точкам вторичных обмоток, тек точками. При этом точка 02 является положительным потенциалом, а точка 01 – отрицательным. В этой схеме ток всегда проходит через один вентиль, причем через тот вентиль, к которому приложено наибольшее линейное напряжение (табл. 8). При указанном на рис. 18 порядке подключения фаз вторичных обмоток трансформатора к вентилям номер вентиля совпадает с порядком вступления его в работу. Таблица Очередность следования векторов линейных напряжений и номера работающих вентилей Линейное напряжение
Работающий вентиль
Линейное напряжение
Работающий вентиль U
b1a2
VS4
U
a1c2
VS2
U
c1a2
VS5
U
b1c2
VS3
U
c1b2
VS6
T
C
B
A
02 Рис. 18. Кольцевая схема выпрямления

На рис. 19 приведены следующие временные диаграммы напряжений и токов кольцевой схемы выпрямления, соответствующие режиму работы выпрямителя при α = 30° и γ = 0°:
u
a1b2
, u
a1c2
,
u
b1c2
, u
b1a2
,
u
c1a2
, u
c1b2
– кривые линейных напряжений вторичных обмоток max
= Рис. 19. Временные диаграммы, поясняющие работу кольцевой схемы выпрямления

в – кривая напряжения на вентиле VS1;
u
d
– кривая выпрямленного напряжения;
i
в1
– кривая тока вентиля а – кривая тока фазы а
1
;
i
а2
– кривая тока фазы а
2
Длительность тока, протекающего через каждую фазу вторичной обмотки, составляет 1/3 периода питающего напряжения.
Определим ток первичной обмотки трансформатора.
Как уже было сказано, величина и форма кривой тока в первичной обмотке трансформатора определяются на основании уравнений равновесия намагничивающих сил сердечника трансформатора.
На первом такте работы схемы включен вентиль VS1 (рис. 20). Уравнения равновесия намагничивающих сил контуров, включающих стержни фаз Аи В i
A
w
1
+ i
a1
w
2
+ i
b2
w
2
– i
B
w
1
= 0;
– стержни фаз Аи С i
A
w
1
+ i
a1
w
2
– i
c
w
1
= Токи i
a1
= i
b2
= Для упрощения процесса вывода выражения тока первичной обмотки трансформатора примем равенство витков обмоток w
1
= Учтем также, что сумма токов первичной обмотки трансформатора+ В + С = Рис. 20. Распределение токов по фазам обмоток трансформатора при работе вентиля Рис. 21. Распределение токов по фазам обмоток трансформатора при работе вентиля VS2

В этом случае
i
A
+ I
d
+ I
d
– i
B
= 0;
i
A
+ I
d
– i
C
= 0;
i
A
+ i
B
+ i
C
= Решая эту систему уравнений, получим = –I
d
; i
B
= +I
d
; i
C
= На втором такте работы схемы включен вентиль VS2 (рис. 21). Уравнения равновесия намагничивающих сил контуров, включающих
– стержни фаз Аи В i
A
w
1
+ i
a1
w
2
– i
B
w
1
= 0;
– стержни фаз Аи С i
A
w
1
+ i
a1
w
2
+ С – С = С учетом вышепринятого допущения
i
A
+ I
d
– i
B
= 0;
i
A
+ I
d
+ I
d
– i
C
= 0;
i
A
+ i
B
+ i
C
= Решая эту систему уравнений, получим = –I
d
; С = +I
d
; i
B
= Форма тока фазы А (А) приведена на рис. Из кривых токов вторичных и первичных обмоток (см. рис. 19) видно, что намагничивающие силы обмоток, расположенных на одном и том же стержне магнитопровода трансформатора, всегда уравновешены, что обеспечивает отсутствие какого-либо вынужденного подмагничивания магнитопровода трансформатора.
Приведем основные расчетные соотношения для этой схемы выпрямителя среднее значение выпрямленного напряжения при непрерывном характере тока нагрузки
3 3
1 2 2ô
3 3
3 6 2
d sin cos ;
d
a b
U
U
t
t
U
π
π
α
α
π
α
ω ω
α
π
π
+ +
+
=
=
ò
(75)
– среднее значение тока вентиля 6
;
d
I
I
=
(76)
– действующее значение тока вентиля 3
â.ä
0 1
d
0 408 2
,
;
d
d
I
I
t
I
π
ω
π
=
=
ò
(77)

65
– максимальное значение тока вентиля в max
= I
d max
;
– действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора при непрерывном и сглаженном токе нагрузки 2
2 3
2 0
1 2
d
0 578 2
2 3
,
;
d
d
d
I
I
I
t
I
π
π
ω
π
π
=
=
=
ò
(78)
– действующее значение тока первичной обмотки трансформатора при непрерывном и сглаженном токе нагрузки 2
3 1
2 0
òð
òð
òð
1 2
d
0 817 3
,
;
d
d
d
I
I
I
I
t
k
k
k
π
ω
π
=
=
=
ò
(79)
– расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора
0
òð2 2 2ô 2ô
0 6
1 48 3 6 3
,
;
d
d
d
U I
S
m U I
P
π
=
=
=
(80)
– расчетная мощность первичной обмотки трансформатора òð
òð1 1 1ô 1ô
0
òð
2 3
1 05 3
3 6 3
,
;
d
d
d
d
U k
I
S
m U I
P
P
k
π
π
=
=
=
=
(81)
– расчетная мощность трансформатора в целом
òð1
òð2
òð
0 0
1 48 1 05 1 26 Достоинства и недостатки кольцевой схемы выпрямления.
Достоинства.
1. Использование вентилей потоку в части среднего значения и действующего значения такое же, как ив двойной трехфазной схеме с уравнительным реактором.
2. Отсутствует необходимость в уравнительном реакторе. Использование трансформатора по мощности такое же, как ив двойной трехфазной схеме с уравнительным реактором. При протекании тока нагрузки имеет место падение напряжения только на одном вентиле (∆U
в.пр
).
5. Шестикратная пульсация выпрямленного напряжения

Недостатки. Использование трансформатора по мощности хуже, чем в трехфазной мостовой схеме. Амплитудное значение тока вентиля равно I
d также, как ив трехфазной мостовой схеме).
Вопросы для самоконтроля. Сформулируйте принцип работы кольцевой схемы выпрямления. Чему равен интервал проводимости тока каждого вентиля этой схемы. Во сколько раз максимальное напряжение на закрытом вентиле больше среднего значения напряжения нагрузки. Чему равен интервал проводимости тока каждой фазы вторичной обмотки трансформатора. Чему равна частота пульсации напряжения нагрузки. Чему равно среднее значение тока каждого вентиля в масштабе тока нагрузки. Во сколько раз расчетная мощность трансформатора больше мощности нагрузки?
Сведем в табл. 9 все расчетные соотношения рассмотренных выше схем выпрямления. В общем случае при L
d
= 0 действующее значение токов первичной и вторичных обмоток трансформатора и, соответственно, их мощности увеличиваются по сравнению с работой при L
d
→ ∞. Особенно заметны эти различия у выпрямителей с малой пульсно- стью (т
≤ 3). Однако, как это показано в работе [1], при пульсно- сти выпрямителя т
≥ 6 погрешность в расчете токов и мощностей трансформатора для случая L
d
= 0 не превышает 0,01% по сравнению со случаем L
d
→ ∞.
1.11. Коммутация тока в выпрямительных преобразователях
В выпрямителях коммутация тока с вентиля на вентиль осуществляется за счет спада волны фазного напряжения. Практически такой процесс осуществляется в течение конечного интервала времени, выражаемого в угловых единицах через Угол γ принято называть углом коммутации.
Причиной конечного значения угла γ > 0 является наличие в фазных цепях на входе выпрямителя индуктивных сопротивлений х
ф
,

Таблица Сводная таблица соотношений рассмотренных схем выпрямления при α = Схема выпрямления
k
сх
Трансформатор
Вентиль
1
*
d
I
I
2
d
I
I
òð1
d
S
P
òð2
d
S
P
òð
d
S
P
â.ñð
d
I
I
â Однофазная однотактная 1
Двухполу- проводниковый с выводом нулевой точки трансформатора Однофазная мостовая 1,11 1,0 1,11 1,0 1,23 1,11 1,23 1,11 1,23 1,11 0,33 1,0 1,57 1,41 1,57 Трехфазная однотактная 0,49 0,47 0,58 0,57 1,25 1,21 1,48 1,48 1,37 1,35 0,33 1,0 1,75 1,73 2,09 Трехфазная мостовая 0,81 0,81 1,05 1,05 1,05 0,33 1,0 0,57 1,05 Шести- фазная с нулевым выходом 0,47 0,47 1,28 1,85 1,55 0,16 1,0 0,40 2,1 Двойная трехфазная с уравнительным реактором 0,40 0,28 1,05 1,48 1,26 0,16 0,5 0,28 2,1 Кольцевая 0,81 0,57 1,05 1,48 1,26 0,16 1,0 0,40 2,1 Примечания
* Соотношение I
1
/I
d соответствует коэффициенту трансформации сетевого трансформатора, равному 1
**
Параметры, соответствующие активному характеру нагрузки (L
d
= 0), приведены в числителе, а активно-индуктивному (L
d
= ∞) – в знаменателе обусловленных индуктивностями рассеяния обмоток трансформатора ф, индуктивностями кабелей линии передачи, индуктивностями генераторов переменного тока, создающих питающую сеть Рассмотрим процесс коммутации в выпрямителе на примере трехфазной мостовой схемы (см. рис. 12). При открытии вентиля с углом управления в контуре фаз Аи В в течение угла имеем одновременно работающие вентили VS1, VS3. Образованный в результате короткозамкнутый контур коммутации представлен на риса. Временные диаграммы напряжений и токов преобразователя при γ > 0 представлены на рис. 22, б. Сумма токов фаз a и b на интервале угла коммутации γ, 0 ≤ ωt ≤ γ:
a
b
d
i
i
I
+ Продифференцируем равенство (83) и получим d
d
0
d d
a
b
i
i
t
t
+
=
, откуда можно установить, что d
d d
d
a
b
i
i
t
t
= -
(84) Рис. 22. Контур коммутации (аи временные диаграммы (б, поясняющие коммутационный процесс 0
t
k
′
l
′
m
′
n
′
p
′
q
′
u
d
0
VS1
VS3
L
ô
L
ô
u a
u b
i
a
i
b
I
d
=const
à)
á)
I
d
i
a
u

Уравнение равновесия напряжения для контура коммутации см. риса) Примем за начало отсчета времени момент открытия вентиля
VS3 – точку m′, другими словами, перенесем ось ординат U в положение Напряжение u
ab
с учетом переноса оси ординат U в положение U′, соответствующее моменту открытия вентиля VS3 m′, может быть представлено следующим выражением α
=
+ +
(86) С учетом соотношения (84) и (86) уравнение (85) будет иметь вид
ô
2ë
d
2 2
d sin(
),
a
i
L
U
t
t
ω
π α
=
+ +откуда получим выражение, характеризующее изменение тока фазы а на интервале угла коммутации γ:
2ë
ô
2 2
[cos(
) cos ].
a
d
U
i
I
t
x
ω
α
α
=
+
+
-
(87) Выражение для угла коммутации γ получим из выражения (87) с учетом того факта, что приток) Анализируя выражение (88), можно установить, что уголком- мутации γ возрастает при увеличении индуктивного сопротивления рассеяния обмоток трансформатора фи тока нагрузки I
d
, а увеличение напряжения переменного тока U
2
приводит к уменьшению угла коммутации В общем виде для любой схемы выпрямления угол коммутации можно определить по формуле
ô
2ë
ò 2 2
arccos cos sin
d
x
I
U
k m
γ
α
α
π
é
ù
ê
ú
ê
ú
ê
ú
=
-
-
ê
ú
ê
ú
ê
ú
ë
û
(89)

Определим влияние угла коммутации γ на величину напряжения. На рис. 22, б показано, что при γ ≠ 0 величина напряжения
U
d будет уменьшаться. Это падение выпрямленного напряжения принято называть индуктивным падением напряжения и обозначать как х 6
3 6
d
2 2
sin
[cos cos(
)].
dx
U
U
t
t
U
α γ
α
Δ
ω ω
α
α γ
π
π
+
=
=
-
-
ò
(Можно показать, что
ô
2ô
2 6
cos cos(
)
d
x
I
U
α
α γ
-
- Окончательно для трехфазной мостовой схемы выпрямления получим выражение, определяющее индуктивное падение напряжения (Это выражение учитывает снижение напряжения на выходе выпрямителя вследствие возрастания углов коммутации при увеличении тока, другими словами, учитывает потерю заштрихованных площадок в мгновенном выпрямленном напряжении при расчете величины среднего значения выпрямленного напряжения (см. рис. 22, б).
Применительно к общему случаю простых однотактных и двухтактных схем выпрямления уравнение (91), определяющее индуктивное падение напряжения, приобретает следующий вид 2
ô
2
dõ
d
k m
U
x или В общем виде для любой схемы выпрямления параметр фиктивное сопротивление Х
к можно определить по формуле
ò 2
ê
ô
2
k m
X
x
π
=
(93)

Влияние коммутации на форму кривой напряжения питающей сети
Процесс коммутации приводит к искажению формы кривой напряжения питающей сети.
Относительное значение амплитуды любой (й) гармоники коммутационных искажений е может быть определено по формуле
ô 2
êç
2 2
*
sin
mk
d
k
N
k
U
P
e
U
S
k
γ
γ
=
=
(94) где U
mk
– амплитуда й гармоники расчетное значение мощности цепи постоянного тока I
=
;
(95)
k – номер гармоники;
S
кз
= S
кз.тр
+ S
кз.с.м
;
S
кз
– суммарная мощность короткого замыкания;
S
кз.тр
– мощность короткого замыкания трансформатора;
S
кз.с.м
– мощность короткого замыкания синхронной машины, питающей трансформатор 1ô
êç òð
1 1ô
1ô.êç.òð
êç
3
;
N
N
N
U
S
m U
I
Z
=
»
(96)
êç.ñ.ì
1ô
1ô.êç ñ.ì
3
,
N
N
S
U
I
=
(97) где m
1
– число фаз первичной обмотки трансформатора;
U
1ф N
– номинальное напряжение фазы первичной обмотки трансформатора;
I
1ф.кз.тр N
– номинальное значение тока короткого замыкания трансформатора;
I
1ф.кз.с.м N
– номинальное значение тока короткого замыкания синхронной машины, питающей трансформатор;
Z
кз
– полное сопротивление короткого замыкания трансформатора. При отсутствии проектных данных можно приблизительно оценить мощность короткого замыкания системы исходя из того, что напряжение короткого замыкания питающих систему трансформаторов находится в пределах 10–17%. Поскольку сверхпереходной реактанц синхронной машины обычно равен 20–25%, то мощность

короткого замыкания сети, питающей выпрямитель, может быть определена в первом приближении как
S
кз
= (6–10)S
тр
+ (4–5)S
с.м
Относительное действующее значение высших гармоник напряжения питающей сети ∆U*
в.г из-за явления коммутации определяется по формуле 2 ô
2 1
*
*
,
d
k
k
P
U
e
S
k m õ
π
∆
¥
*
=
=
-
å
;
(98)
â.ã
â.ã
1ô где х
ф
*
= х
*
тр
+ х
*
с.м
Поскольку стандартом на качество электроэнергии (ГОСТ 13109–67) определено допустимое значение действующих значений высших гармоник (∆U
в.г
= 5%), минимальное отношение мощности короткого замыкания питающей сети к номинальной мощности выпрямителя Р должно быть не менее 2 2
20 1.
dN
S
P
k Стандарт по нормам качества электроэнергии оговаривает также и допустимые колебания действующего напряжения сети при толчковой нагрузке. В связи с этим при проектировании выпрямителя необходимо определить снижение действующего напряжения сети при питании от нее выпрямителя. Обычно при расчете уменьшения действующего значения напряжения сети принимают во внимание реактивную мощность преобразователя, которая максимальна при величине угла регулирования α = π/2 – γ/2, и относят ее к мощности короткого замыкания сети
êç
*
N
d
U
U U
P В этом случае выпрямитель рассматривают как обычный потребитель реактивного тока.
При питании от сети нескольких мощных выпрямителей анализ влияния их на питающую сеть нельзя проводить, используя метод суперпозиции, те. путем элементарного суммирования влияния каждого из них, так как состав выпрямителей является неоднородным по мощности, а углы регулирования и нагрузки отдельных выпрямителей не совпадают. В этом случае для оценки влияния группы выпрямителей на питающую сеть необходимо применять вероятностные методы.
Можно показать, что при доп = 0,015 для х
*
ф
= 0,1 и двукратной перегрузки мощность короткого замыкания сети должна быть больше мощности нагрузки выпрямителя не менее чем враз, что требует очень жесткой сети Влияние процесса коммутации на ток, потребляемый выпрямителем из питающей сети
Коммутационный процесс оказывает влияние на форму кривой тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети. Следует отметить, что коммутационный процесс отражается лишь на амплитудах и фазах высших гармонических, но порядок этих гармоник остается неизменным [8]. Способ определения величины действующего значения тока при наличии коммутации остается таким же, как и без учета коммутации. Единственное отличие от случая работы выпрямителя при
γ = 0 заключается в том, что кривая тока разбивается на внеком- мутационный и коммутационный интервалы и интегрирование на этих интервалах производится раздельно.
Действующее значение тока, потребляемого трехфазным мостовым выпрямителем из питающей сети с учетом угла коммутации γ, можно определить по формуле [4]
2 3
2 2
2 1
2
òð
0 0
1 2
2
d d
3 3
( Рассмотрим коммутационный процесс для режима работы выпрямителя с идеально сглаженным током нагрузки. Без учета коммутационного процесса действующее значение й гармоники первичного тока трансформатора меньше действующего значения первой гармоники первичного тока в k раз.
Ток первичной обмотки трансформатора трехфазной мостовой схемы содержит только нечетные гармоники, кроме третьей и кратной ей, те и т. д

Действующее значение первой гармоники тока первичной обмотки трехфазного мостового выпрямителя следует определять по формуле
1 1
òð
2 3 2
( )
d
I
I
k
π
=
,
(102) где k
тр
– коэффициент трансформации трансформатора.
Коммутация влияет на гармонический состав тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети. Для мостовых схем выпрямления при угле коммутации γ = 30° кривая тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети, симметрична относительно оси времени и имеет форму трапеции на интервале каждого из полупериодов. Гармонический состав тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети, в этом случае можно определить по формуле
1 2
2 2
2
òð
6 3 1
1 1
5 7
11 5
7 11
( )
sin sin sin sin
k
d
i
I
t
t
t
t
k
ω
ω
ω
ω
π
æ
ö÷
ç
=
-
+
-
+ ÷
ç
÷÷
çè
ø
. (Вопросы для самоконтроля. Дайте определение понятию коммутация. Перечислите параметры, влияющие на величину угла коммутации. На какие характеристики выпрямителя и как влияет коммутация. Коэффициент мощности выпрямителя
Коэффициент мощности выпрямителя определяется отношением активной мощности, потребляемой выпрямителем из питающей сети по первой (основной) гармонике P
1(1)
, к полной мощности S
1
, потребляемой выпрямителем из питающей сети [10]:
1 1 1
( )
P
x
S
=
,
(104) где P
1(1)
= m
1
U
1
I
1(1)
cosϕ
(1)
– активная мощность, потребляемая выпрямителем из питающей сети по первой (основной) гармонике = m
1
U
1
I
1
– полная мощность, потребляемая выпрямителем из питающей сети
– число фаз сети, питающей выпрямитель

75
U
1
– действующее значение напряжение фазы сети, питающей выпрямитель – действующее значение тока фазы сети, питающей выпрямитель действующее значение первой гармоники тока фазы сети, питающей выпрямитель – фазовый сдвиг первой гармоники тока фазы по отношению к первой гармонике напряжения фазы сети, питающей выпрямитель) где I
1(1)
/I
1
= иск – коэффициент искажения формы тока питающей сети ϕ
(1)
= k
сдв
– коэффициент сдвига первой гармоники тока питающей сети по отношению к напряжению.
Как было показано выше, кривые токов, потребляемых выпрямителями, отличны от синусоидальной формы и кроме первой (основной) гармоники содержат в своем составе и высшие гармонические, порядок которых определяется соотношением
k′ = т ± 1, где k = 1, 2, 3, 4, … – натуральный ряд чисел.
По формуле (106) нетрудно определить, что в кривой первичного тока трехфазной мостовой схемы выпрямления (т = 6) содержатся гармоники порядков 5, 7, 11, 13 и выше, а в кривой трехфазной однотактной схемы выпрямления (т = 3) содержатся высшие гармоники порядков 2, 4, 5, 7 и выше.
Амплитуда высшей гармоники при прямоугольной форме кривой тока обратно пропорциональна номеру гармоники, т. е.
1
k
I
I
k
¢
=
¢
(107)
Следует отметить, что гармоники более высоких порядков имеют меньшую амплитуду и легче отфильтровываются вследствие более высокой частоты. Поэтому многофазные схемы оказывают меньшее отрицательное влияние на работу силовой сети переменного тока.
Относительные величины гармоник в кривой первичного тока в процентах по отношению к основной гармонике тока для различных схем выпрямления (различных значений т) при L
d
= ∞ и частоте питающей сети, равной 50 Гц, приведены в табл. 10.

Таблица Гармонический состав тока первичной сети выпрямителей в процентах к основной гармонике)
Схема выпрямления Номер и частота гармоники Гц Гц Гц Гц Гц Гц Гц Гц
k
т
m
2
= 3 50 25 20 14,3 12,5 10 9,1 т = 6
–
–
20 14,3
–
–
9,1 т = 12
–
–
–
–
–
–
9,1 Без учета коммутационных процессов коэффициент искажения формы тока питающей сети трехфазного мостового выпрямителя 1
èñê
2 2
2 2
2 2
1 2 1 3 1 5 1 7 1 8 1
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
k
I
k
I
I
I
I
I
I
=
+
+
+
+
+ +Для трехфазной мостовой схемы выпрямления коэффициент искажения формы тока первичной сети при L
d
= ∞
èñê
3 0 955
,
k
π
= С учетом коммутационных процессов коэффициент искажения несколько увеличивается, что приводит к повышению коэффициента мощности выпрямителя в целом.
Так, для трехфазной мостовой схемы выпрямления коэффициент искажения определяется по формуле
2
èñê
3 1
4 24
k
γ
γ
π
π
é
ù
ê
ú
»
+
-
ê
ú
ê
ú
ë
û
(109) Без учета угла коммутации коэффициент сдвига равен косинусу угла регулирования, те k
сдв
= Для выпрямительного режима с учетом угла коммутации угол
ϕ
(1)
= α + γ/2 и коэффициент сдвига управляемого выпрямителя следует определять по формуле
ñäâ
1 2
cos
k
α
γ
æ
ö÷
ç
=
+
÷
ç
÷
çè
ø
(110)

При γ < 30° более точные результаты определения k
сдв дает формула) Вопросы для самоконтроля. Дайте определение понятию коэффициент мощности выпрямителя. Какие факторы и как влияют на величину коэффициента мощности выпрямителя. Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя
Регулировочная характеристика это зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от угла регулирования α, те) (рис. При непрерывном характере тока нагрузки (нагрузка активно- индуктивная, L
d
= ∞) регулировочная характеристика выпрямителя,
30 60 90 120 150 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
U
d
α
/
U
d0
α
180
k
T
m
2
= 6
k
T
m
2
= 2
k
T
m
2
= Рис. 23. Регулировочные характеристики управляемых выпрямителей

выполненного по любой схеме, представляет собой косинусоиду при любом числе вторичных фаз
0
cos где U
d0
– среднее значение выпрямленного напряжения при значении угла регулирования α = При конечном значении индуктивности цепи нагрузки регулировочные характеристики отклоняются от косинусоиды. Отклонение регулировочной характеристики от косинусоиды из-за появления прерывистости тока цепи нагрузки происходит при тем меньших углах регулирования, чем меньше число вторичных фаз m
2
и чем меньше индуктивность сглаживающего дросселя Угол регулирования, соответствующий границе непрерывного и прерывистого характера тока нагрузки, называется граничным углом и обозначается как гр, а угол регулирования, при котором выпрямленное напряжение равно нулю, называется углом запирания и обозначается как α
зап
При чисто активном характере нагрузки (L
d
= 0) для любой схемы выпрямления можно выделить два участка.
На первом участке регулировочной характеристики, 0 < α < гр, ток нагрузки непрерывен и регулировочная характеристика имеет косинусоидальный характер На втором участке регулировочной характеристики, гр < α < зап, ток нагрузки имеет прерывистый характер и регулировочная характеристика определяется формулой
0
ò 2
ò 2 1
2
sin sin
d
d
U
U
k m
k m
π
α
π
é
ù
æ
ö÷
ç
ê
ú÷
=
-
-
ç
÷
ê
ú
ç
÷
çè
ø
ê
ú
ë
û
(113) Значения углов гр и зап определяются следующими соотношениями Определим пои) значения углов гр и зап для рассмотренных выше схем выпрямления и сведем эти значения в табл. Таблица Значения углов гр и зап для шести схем выпрямления
Схема
m
2
k
т
α
гр
, град зап, град Двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора Однофазная мостовая 2
0 Трехфазная однотактная 1
30 Трехфазная мостовая 2
60 Дважды трехфазная однотактная Кольцевая 1
60 Вопросы для самоконтроля. Дайте определение понятию регулировочная характеристика. Дайте определение понятиям угол запирания и граничный угол. Внешняя характеристика выпрямителя
Внешняя характеристика выпрямителя – это зависимость среднего значения напряжения нагрузки оттока нагрузки, те) при постоянном (заданном) значении угла регулирования Выражение внешней характеристики выпрямителя имеет вид U
α ∆
∆
∆
∆
=
-
-
-
-
(116) В выражении (116) учтены следующие падения напряжения при протекании тока нагрузки I
d
: х
– индуктивное падение напряжения, вызванное явлением коммутации:
∆U
х
= Х
к
I
d
;
(ф
– падение напряжения на активных сопротивлениях трансформатора и вентильного блока выпрямителя (активное падение напряжения ф = k
т
I
d
R
ф
;
(118)

ф = R
тр
+ R
в.дин
– сумма активных сопротивлений обмотки трансформатора три динамического сопротивления вентиля
R
в.дин
;
R
тр
= R
2
+ R′
1
,
(119) где R
2
– активное сопротивление фазы вторичной обмотки трансформатора активное сопротивление первичной обмотки, приведенное квиткам вторичной обмотки трансформатора
∆U
L ф – падение напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя фильтра (R
L ф ф = I
d
R
L ф
(120)
∆U
в.пр
– падение напряжения на открытом тиристоре.
Следует отметить, что внешняя характеристика выпрямителя соответствует соотношению (116) только для режима непрерывного тока нагрузки. При ограниченной величине индуктивности цепи постоянного тока, углах регулирования гр > α и малых токах нагрузки наступает режим прерывистых токов нагрузки, при которых внешняя характеристика резко поднимается вверх (рис. 24),
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Ãðàíèöà
ïðåðûâèñòîñòè
òîêà
2
′′
1 1
1 1
= 0 0
41 60 70
U
d
α
/
U
d0
I
d
/I
d0
I
d Рис. 24. Внешние характеристики управляемого выпрямителя (L
d
= 0):
U
dα
/U
d0
– относительная величина напряжения на выходе выпрямителя
I
d
/I
d0
– относительная величина тока нагрузки выпрямителя

линия 2′). Увеличение выпрямленного напряжения в этом случае происходит за счет сокращения длительности работы тиристора в отрицательной области напряжения U
2
вторичной обмотки транс- форматора.
При холостом ходе (I
d
= 0) напряжение в режиме прерывистых токов (гр < α) может быть подсчитано по формуле (Прерывистый характер тока имеет место притоках нагрузки I
d
:
0 < I
d
< гр m
:
0
ãð
ñ ô
ò 2
ò 2 1
ctg sin
,
d
m
U
I
L
k m
k где ω
c
= 2πf
c
, f
c
– частота сети, питающей выпрямитель;
L
ф
– индуктивность дросселя сглаживающего фильтра цепи нагрузки выпрямителя.
Для трехфазного мостового выпрямителя, а также для всех схем, пульсность которых p = т = 6:
0
ãð
ñ ô
0 0946
,
sin .
d
m
U
I
L
α
ω
=
(122) Вопросы для самоконтроля. Дайте определение понятию внешняя характеристика. Перечислите виды падения напряжения на элементах схемы выпрямителя и укажите формулы для их расчета.