1.13.3 Внутреннее короткое замыкание трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя

Рис. 1.13.10.

Внутреннее короткое замыкание возникает в выпрямителе при пробое одного из вентилей, рисунок 1.13.10. Причинами выхода вентиля из строя могут быть перегрев его структуры проходящим через него током, пробой чрезмерно высоким обратным напряжением. Наивысшей температуры PN-переход полупроводникового прибора, работающего в схеме выпрямителя, достигает в конце интервала проводимости, то есть близко к интервалу коммутации. Повреждению вентиля в момент окончания коммутации способствует также резкий скачок обратного напряжения. Пробой обратным напряжением наиболее вероятен в момент приложения максимального обратного напряжения.

При анализе внутреннего короткого замыкания пренебрегают влиянием нагрузки. Обычно ток в цепи нагрузки не превышает 0.1I_m, поэтому не учет его влияния не вносит заметной погрешности. Даже нагрузка с большой индуктивностью практически не изменяет амплитуды аварийного тока в вентилях. Самым тяжелым случаем является пробой вентиля в момент окончания коммутации тока, поскольку обратное напряжение действует на пробитый диод большую часть периода питающего напряжения.

Рис. 1.13.11.

Рассмотрим момент окончания коммутации тока диода VD₁ на диод VD₃, рисунок 1.13.11. На первом интервале мгновенные значения фазных э. д. с. e_a и e_b приблизительно равны, также равны токи, протекающие через вентили VD₁ и VD₃. Переходный процесс описывается уравнением:

.

Учитывая, что

,

получаем решение в относительных единицах

.

Уравнение справедливо от момента естественной коммутации до перехода э. д. с. e_c не перейдет в положительную область и не включится диод VD₅ и не возникнет трехфазного короткого замыкания. На втором интервале переходный процесс описывается системой уравнений:

которая имеет следующее решение:

;

;

;

где , - токи диодов VD₁, VD₃ в конце первого интервала.

Второй интервал заканчивается, когда израсходуется вся энергия, запасенная в индуктивности фазы B и произойдет коммутация тока с диода VD₃ на диод VD₅. Далее продолжает пропускать ток в прямом направлении только диод VD₅ под действием напряжения фазы C и запасенной энергии в ее индуктивности. Если к моменту снижения тока диода VD₅ до нуля э. д. с. фазы B не успеет перейти в положительную область аварийный ток в контуре прекратится. Если же ток диода затянется до перехода фазы B в положительную область то возникнет двухфазное короткое замыкание фазы A и B через диоды VD₃ и VD₁ и аварийный процесс продолжается с чередованием двухфазного и трехфазного коротких замыканий. На интервале III переходный процесс описывается выражением:

.

Решение уравнения с учетом начальных условий в конце интервала II имеет вид:

где γ – продолжительность интервала II.

Рис. 1.13.12.

На рисунке 1.13.12 приведены кривые мгновенных значений токов диодов фаз A, B, C при различных соотношениях ωt. Из рисунка видно, что амплитуда и длительность протекания аварийного тока через пробитый диод больше, через неповрежденные диоды, осуществляющие подпитку.

Рис. 1.13.13.

На рисунке 1.13.13 представлены зависимости теплового эквивалента от постоянной времени контура короткого замыкания.