СЭ_ВСП_УП

Угол фазового сдвига между фазным напряжением и первой гармоникой тока, потребляемого из сети, равен , он остается таким же, как и в случае ОНУВ, работающего на индуктивную нагрузку.

Для улучшения показателей работы ОМУВ на практике используются несимметричные однофазные мостовые схемы полууправляемых выпрямителей, схемы которых представлены на рис.16 и 18. Временные диаграммы для угла управления α =0 не отличаются от диаграмм, соответствующих симметричному ОМУВ, поэтому следует остановиться на анализе временных диаграмм только для угла управления

α

Для схемы, представленной на рис.16, диоды соединены в анодную группу.

Рис.16. Схема однофазного несимметричного мостового выпрямителя с диодами в анодной группе.

Временные диаграммы для схемы однофазного несимметричного мостового выпрямителя с диодами в анодной группе при ненулевом угле управлении представлены на рис.17.

41

Рис.17. Временные диаграммы напряжений и токов для однофазного

несимметричного мостового выпрямителя с диодами в анодной группе при ненулевом угле управления.

Из представленных диаграмм видно, что ток на временном интервале

от	до	протекает по элементам VD2, VS1. В момент
времени		диод VD4 закрывается , а для диода VD2 устанавливается

режим открытого состояния: на аноде положительный потенциал,

обеспечиваемый нагрузкой, а на катоде – отрицательный из-за полярности напряжения питания. Тиристор VS1 не закрывается до момента времени , так как с одной стороны ток, протекающий через него, не становится равным нулю, его величина при принятых допущениях по-

42

прежнему равен: . С другой стороны тиристор VS3 не

открывается при требуемой для его открытия полярности источника, так

как управляющий импульс поступает только в момент времени		.
Длительность проводящего состояния как обоих тиристоров, так и
обоих диодов, как видно из диаграммы, составляет	. Действующее

значение тока, протекающего как через тиристор, так и через диод равно: , то есть

Максимальное обратное напряжение, прилагаемого к тиристору равно:

.

Для схемы, представленной на рис.18, диоды входят в обе группы, как в анодную, так и в катодную.

Рис.18. Схема однофазного несимметричного мостового выпрямителя с

диодами в каждой группе

Временные диаграммы для схемы однофазного несимметричного

мостового выпрямителя с диодами в каждой группе при ненулевом угле управлении представлены на рис.19. Из представленных диаграмм видно,

что ток на временном интервале от до ток протекает по

43

элементам VD4 , VD3. Оба тиристора закрыты. В этой схеме длительность проводящего состояния каждого тиристора , а длительность проводящего состояния диода

Рис.19. Временные диаграммы напряжений и токов для однофазного несимметричного мостового выпрямителя с диодами в обеих группах при

ненулевом угле управления.

Действующее значение тока, протекающего через тиристор, равно:

;

44

Действующее значение тока, протекающего через диод равно:

;		.

Эпюра выпрямленного напряжения для обеих схем

несимметричных однофазных мостовых выпрямителей не содержит отрицательных участков, при этом величина среднего значения выпрямленного напряжения определяется по формуле:

		Udα =			,
Udα =		U2фmax[- cosωt] =				U2ф ( 1 +cosα),

то есть как в случае работы схемы ОНУВ с нулевым диодом.

Использование любой схемы несимметричного однофазного мостового выпрямителя (НСОМВ) позволяет увеличить диапазон изменения угла управления, угол может меняться от 0 до 180º.

Первая гармоника тока, потребляемого из сети (НСОМВ) , равна

. Это означает, что такой выпрямитель потребляет меньшую реактивную мощность из сети, что несомненно является существенным достоинством схемы.

2.4.4Анализ работы нулевого трехфазного управляемого выпрямителя

Схема трехфазного нулевого управляемого выпрямителя (ТНУВ),

иначе называемая трехфазная схема со средней точкой, представлена на рис.4.е. Первичные и вторичные обмотки трансформатора питания соединены звездой. Возможно и соединение треугольником. Рассмотрим работу только предложенной схемы. В приведенной схеме с общим катодом в любой момент времени ток проводит только один вентиль,

потенциал анода которого имеет наибольшее значение. Этого достаточно,

если в качестве вентиля используются диоды. В момент равенства

45

напряжения смежных фаз происходит переключение тока с одного диода на другой. При использовании тиристоров для открытия очередного тиристора на другой в определенный момент времени должен быть подан управляющий импульс. За нулевой угол управления в трехфазных управляемых выпрямителях принимается момент времени переключения диодов, который точкой естественной коммутации.

Анализ схемы проводится при допущениях, принятых ранее, а

именно: вентили характеризуются идеальными ВАХ; трансформатор –

идеален (	; х =0 ; rа→0 ); нагрузка рассматривается
«чисто-индуктивная» (Rн хн ).
На рис.20. представлены временные диаграммы построенные для углов
управления: α=0 и α	, но рассмотрен частный граничный случай	,

а

б

Рис.20. Временные диаграммы напряжений и токов ТНУВ: а)- α=0; б) - α

46

дальнейшее увеличение угла управления приводит к появлению в эпюре выпрямленного напряжения участков отрицательного напряжения.

Уравнение регулировочной характеристики, определяющее среднее значение выпрямленного напряжения для произвольного угла управления,

может быть записано так:

.

Диапазон изменения угла управления может меняться в пределах от 0º до

Пульсность схемы m=3. Длительность проводящего состояния тиристора

. Максимальное обратное напряжение, прикладываемая к

тиристору равно:

Действующее значение тока, протекающего через тиристор и вторичную обмотку, определяется как:

.

Конструктивная особенность трансформатора заключается в том, что по первичным обмоткам ток протекает постоянно, при этом по одной из них, связанной с работающей вторичной обмоткой, ток втекает в узел и по величине он в два раза больше, чем ток, вытекающий из узла, в каждой из двух других обмоток. В сердечниках трансформатора формируются не скомпенсированные намагничивающие силы F0 нулевой последовательности, которые создают поток вынужденного намагничивания Ф0.

Величина намагничивающей силы F0 нулевой может быть получено из решения полной системы уравнений магнитного состояния трансформатора. Упуская этот анализ, можно записать:

47

				,
где	переменная составляющая тока нагрузки, обусловленная тем, что
индуктивное сопротивление нагрузки				бесконечно	);
W2 – число витков во вторичной обмотке.
	Тогда фазные токи первичных обмоток можно записать:

;

;

,

где	– коэффициент трансформации.

Действующее значение тока первичной обмотки может быть определено как:

		.
Поток вынужденного намагничивания Ф0			содержит постоянную
и переменную составляющую	с частотой		,	,

которая достигает 25% от величины рабочего магнитного потока трансформатора (Тр) и оказывает негативное влияние на его работу,

замыкаясь по стержням Тр, воздуху, стальной арматуре и баку охлаждения.

Постоянная составляющая вызывает одностороннее намагничивание

Тр, увеличение его тока намагничивания и потерь, что требует снижения индукции и увеличения сечения магнитопровода. Переменная

составляющая наводит вихревые токи в металлических элементах

конструкции, что значительно увеличивает потери и вызывает нагрев трансформатора.

48

Для устранения нежелательного влияния потока вынужденного

намагничивания можно изменять конструкцию Тр:

- первичные обмотки Тр соединяют треугольником; в этом случае в

потоке Ф0 остается только постоянная составляющая			, тогда как
переменная	составляющая	практически	полностью

компенсируется токами высших гармоник, замыкающимися по контуру, образованными этими обмотками, что исключает дополнительные потери от вихревых токов в магнитопроводе и элементах конструкции Тр;

-вторичные обмотки разделяют на две одинаковые полуобмотки,

соединенные «зигзагом», что полностью сводит к нулю поток вынужденного намагничивания, поскольку суммарная намагничивающая сила вторичных обмоток каждого стержня в течение периода напряжения сети меняет свое направление, а в результате среднее за период значение суммарной намагничивающей силы равно нулю. Разделение вторичных обмоток усложняет конструкцию, в том числе вес, что очень вредно для автономных объектов.

Все вышеперечисленное обуславливает ограниченное использование

трехфазных нулевых управляемых выпрямителей, которые используются в

основном в установках малой мощности.

2.4.5. Анализ работы трехфазного мостового управляемого выпрямителя

Среди ведомых сетью преобразователей схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя (ТМУВ) получила наибольшее распространение, она представлена на рис.21. Именно эта схема является основой для формирования многопульсных схем выпрямления, при этом используются неуправляемые, частично или полностью управляемые выпрямители.

49

Рис.21. Схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя Анализ схемы проводится при допущениях, принятых ранее, а

именно:
вентили	характеризуются идеальными	ВАХ; трансформатор –	идеален
(	; х =0 ; rа→0 );	нагрузка рассматривается	«чисто-

индуктивная» (Rн хн ).

Основные особенности ТМУВ заключаются в следующем:

-ТМУВ представлен двумя группами вентилей, соединенных катодами

(катодной группой) и анодами (анодной группой);

-нумерация тиристоров носит не случайный характер, а соответствует порядку их включения в работу;

-углы управления для каждого вентиля отсчитываются от моментов равенства соответствующих фазных напряжений, что соответствует временным моментам изменения знака линейных напряжений, то есть моментам естественного открывания диодов, если бы они использовались в качестве вентилей, а иначе моментам, при которых

угол управления тиристоров равен нулю

;

-ток проводят одновременно два тиристора из разных групп, при этом один с наибольшим потенциалом анода относительно нулевой точки

50