31.2 Коммутация тока и внешние характеристики однофазных управляемых выпрямителей
В выпрямителях средней и большой мощности возрастает влияние э.д.с., создаваемых в первичной и вторичной обмотках трансформатора их магнитными потоками рассеяния.
Повышение роли
индуктивностей рассеяния сказывается
на процессе перехода тока нагрузки с
одного тиристора на другой (процесс
коммутации). В маломощных выпрямителях
ввиду относительной малости индуктивностей
рассеяния обмоток трансформатора,
указанный переход тока протекает за
короткий интервал времени. Коммутацию
тока в этих выпрямителях считают
мгновенной и не учитывают. В выпрямителях
же средней и большой мощности интервал
коммутации, характеризуемый углом
,
может занимать довольно значительную
часть длительности рабочих процессов.
Коммутационные процессы здесь оказывают
существенное влияние на работу, показатели
и характеристики выпрямителя. Влияние
индуктивностей рассеяния обмоток
трансформатора
,
,
а при более точных расчётах – и
индуктивности питающей сети
,
учитывается суммарной индуктивностью.
=
+ (
+
)(
)
(или суммарным
индуктивным сопротивлением
),
приведенной к вторичной обмотке
трансформатора.
Процесс коммутации,
а также его влияние на показатели и
характеристики выпрямителя рассмотрим
вначале для однофазной схемы с нулевым
выводом. Поскольку неуправляемый
выпрямитель является частным случаем
управляемого при
= 0, анализ проводится для управляемого
выпрямителя. При
= 0 все полученные соотношения действительны
для неуправляемого выпрямителя. Нагрузка
принимается активно-индуктивной с
∞.
Временные диаграммы, поясняющие влияние коммутационных процессов в схеме выпрямителя, приведены на (рис. 164 б – е).
Влияние проявляется
в том, что при подаче отпирающего импульса
на очередной тиристор индуктивные
сопротивления
и
затягивают процесс уменьшения до нуля
тока проводившего тиристора и нарастания
до значения
тока тиристора, вступающего в работу
(рис. 164 д).
В результате, на интервале коммутации
в проводящем состоянии одновременно
находятся оба тиристора выпрямителя
(тиристоры Т1 и Т2 на рис. 164 а).
Эти тиристоры создают короткозамкнутый
контур для последовательно соединённых
вторичных обмоток трансформатора с
суммарным напряжением 2
и сопротивлением
+
.
Если считать
=
,
то к каждому из этих сопротивлений
прикладывается напряжение
.
Напряжение на нагрузке
при учёте угла коммутации
определяется выражением:
Рис. 164. Электромагнитные процессы в схеме УВ
.
(3)
Уравнение (3)
описывает внешние характеристики
управляемого выпрямителя. Для различных
значений угла управления они представляются
семейством параллельных прямых (9.4.6).
Наклон характеристик зависит от величины
приведенного к вторичной обмотке
трансформатора суммарного реактивного
сопротивления
.
Выпрямителю, выполненному на диодах
(неуправляемый выпрямитель), соответствует
внешняя характеристика со значением
= 0. Здесь же пунктиром показаны внешние
характеристики управляемого выпрямителя
без учёта коммутации. Эти характеристики
построены по уравнению 3.2. Они представляют
собой прямые параллельные оси тока.
Коммутационные
явления в схеме управляемого выпрямителя
приводят к возрастанию фазового сдвига
потребляемого тока относительно
напряжения питания. Фазовый сдвиг первой
гармоники потребляемого тока
(1)
растёт пропорционально углу коммутации
и составляет
.
Кривая напряжения
на тиристоре (см. рис. 9.4.5 в)
отличается от аналогичной кривой
увеличением интервала его проводимости
на время коммутации. С учётом угла
к тиристору при запирании прикладывается
скачок обратного напряжения равный
.
Рис. 165. Внешние характеристики однофазного УВ
Коммутационные процессы в однофазном подобны процессам в однофазной схеме с нулевой точкой. Особенность заключается в том, что на этапе коммутации в проводящем состоянии находится одновременно все четыре тиристора.
Уравнение внешних характеристик мостовой схемы записывается в виде:
.
(4)
Первая гармоника
потребляемого тока
(1)
в мостовой схеме также сдвинута в сторону
отставания относительно напряжения
питания на угол
.