Внешние характеристики выпрямителей

Внешней характеристикой выпрямителя называется зависимость выпрямленного напряжения от среднего значения тока нагрузки, т.е. . Внешняя характеристика определяется внутренним сопротивлением выпрямителя и сопротивлением нагрузки, которые снижают выпрямленное напряжение с ростом тока.

Внешнюю характеристику мостового выпрямителя при непрерывном выпрямленном токе () можно записать в виде уравнения

, (3.34)

где - среднее значение выпрямленного напряжения для неуправляемого выпрямителя (при ); - снижение напряжения, обусловленное активным сопротивлением схемы выпрямления; - падение напряжения на вентилях; - снижение напряжения, обусловленное процессами коммутации вентилей.

Следует отметить, что при значениях тока нагрузки, не превышающих номинальное, внутреннее падение напряжения выпрямителей не превышает . Однако при перегрузках, и режимах, близких к короткому замыканию, становится существенным влияние внутренних сопротивлений схемы. Кроме того, в трехфазных схемах выпрямления при перегрузках изменяется характер электромагнитных процессов, влияющих на форму их внешней характеристики.

Внешнюю характеристику выпрямителей чаще всего представляют в относительных координатах, принимая в качестве базисного - среднее значение выпрямленного напряжения для неуправляемого выпрямителя . Тогда относительное значение выпрямленного напряжения

. (3.35)

 

3.8.1. Внешняя характеристика однофазного мостового выпрямителя

Базисным значением выпрямленного напряжения для неуправляемого однофазного выпрямителя на основании (3.5) . Тогда относительные падения напряжения для схемы выпрямителямогут быть представлены в следующем виде /21/

(3.36)

где - эквивалентное активное сопротивление фазы источника.

Если в качестве источника переменного тока используется однофазный трансформатор, то его эквивалентное активное сопротивление определится активным сопротивлением фазы вторичной обмотки и приведенным ко вторичной обмотке активным сопротивлением фазы первичной обмотки :

.

В качестве базисного значения тока для построения внешней характеристики выпрямителя в относительных координатах используют ток короткого замыкания схемы (при ), который выражается как /21/

. (3.37)

Тогда внешняя характеристика однофазного выпрямителя в относительных координатах будет представлена зависимостью

, (3.38)

где .

Из (3.36) следует, что , и возрастают с увеличением . Поэтому для однофазных выпрямителей внешняя характеристика будет представлена прямыми, определяемыми значениями (рис. 3.15, а).

 

3.8.2. Внешняя характеристика трехфазного мостового выпрямителя

По характеру протекания электромагнитных процессов в трехфазном выпрямителе выделяют три разных режима работы (рис. 3.15, б). Если пренебречь падением напряжения на вентилях выпрямителя и на активной нагрузке системы, то можно получить достаточно простые зависимости для его внешней характеристики для всех трех режимов работы.

В режиме I при внешняя характеристика линейна, а работа вентилей соответствует, рассмотренной в § 3.4. На этом режиме одновременно пропускают ток два вентиля, а третий подключается на интервале коммутации (§ 3.8.2). Уравнение внешней характеристики выпрямителя для этого режима в относительных координатах

, (3.39)

где ;

.

Режим II наступает при угле коммутации тиристоров , когда одновременно включены три вентиля. Дальнейшее увеличение нагрузки на этом режиме не вызывает увеличения угла , который остается равным . Однако начало процесса коммутации вентилей будет происходить с задержкой на некоторый угол , называемый дополнительным углом регулирования, в результате чего кривая выпрямленного напряжения будет иметь провалы, достигающие нулевых значений.

Для этого режима характерно: , , а внешняя характеристика выпрямителя будет описываться уравнением

(3.40)

На этом режиме внешняя характеристика трехфазного мостового выпрямителя имеет вид эллипса с равными полуосями (ее продолжение за режим II показан пунктиром на рис. 3.15, б).

Режим III возникает при дальнейшем росте нагрузки, когда чередуются одновременные проводимости трех вентилей, а на интервалах коммутации - четырех вентилей схемы. В этом режиме угол коммутации тиристоров вновь начинает возрастать, изменяясь в диапазоне , а дополнительный угол регулирования, напротив, остается постоянным . Внешняя характеристика выпрямителя вновь становится линейной и ее уравнение имеет вид:

(3.41)

Следует отметить, что перечисленные режимы не всегда будут иметь место при изменении тока нагрузки от холостого хода до короткого замыкания.

Для трехфазного выпрямителя все три режима работы возможны при угле управления . При в работе выпрямителя возможны только режимы I и III. При выпрямитель может работать только в III режиме.