Мостовой управляемый выпрямитель трехфазного тока

 

Схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя и временные диаграммы, характеризующие работу схемы, показаны на рис. 4.4. Анализ схемы проведем без учета коммутационных процессов. Позже укажем их влияние. Все сказанное выше, включая и расчетные соотношения, справедливо для управляемой мостовой схемы выпрямления.

 

3

 

Рис. 4.4. Схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя (а) и

временные диаграммы, характеризующие работу схемы (б –ж)

 

Особенность работы управляемого выпрямителя состоит в задержке на угол α момента отпирания тиристоров в точках их естественного отпирания υ₁, υ₂, υ₃ и т.д. (рис. 4.4, б). При этом кривые потенциалов φ_d(+) и φ_d(-) и напряжение u_d приобретают вид, показанный на рис. 4.4,в,г. Среднее значение напряжения U_d уменьшается. Следовательно, при изменении угла α осуществляется регулирование величины U_d. Влияние изменения угла управления α на кривую мгновенного значения напряжения u_d и величину среднего выпрямленного напряжения U_d показано на рис. 4.5.

 

Рис. 4.5. Кривые выходного напряжения трехфазного мостового

управляемого выпрямителя при различных углах управления α

 

Как видно из рисунка 4.5, а,б, при изменении угла α от 0 до 60^° переход u_d c одного линейного напряжения на другое происходит в пределах положительной полярности участков линейных напряжений. Поэтому форма кривой u_d и среднее значение напряжения U_d одинаковы как при R-нагрузке, так и при RL- нагрузке.

При угле α > 60° вид кривой u_d зависит от характера нагрузки (рис.4.5, в,г). При наличии RL- нагрузки ток ι_d продолжает протекать через тиристоры и вторичные обмотки трансформатора после изменения полярности их линейного напряжения. Поэтому в кривой напряжения u_d появляются участки линейных напряжений отрицательной полярности. При L_н → ∞ отрицательные и положительные площадки равны друг другу при α = 90° (рис. 4.5, г). Значение этого угла характеризует нижний предел регулирования напряжения при L_н → ∞. При активной нагрузке (L_н = 0) участков отрицательной полярности не будет, и в кривой u_d при α > 60° появляются нулевые паузы (рис. 4.5, в,г). В этом случае напряжение U_d = 0 при α = 120°.

Регулировочную характеристику выпрямителя при L_н → ∞ (зависимость U_d = f(α)) определяют усреднением кривой напряжения u_d на интервале π /3 (рис. 4.5, г).

U_d = = U_d0 cosα. (4.23)

 

Из сравнения выражений (4.23) и (3.2) следует, что при L_н → ∞ уравнение регулировочной характеристики для трехфазного выпрямителя и для однофазного определяется одинаковым соотношением. Различной является величина U_d0.

При чисто активной характеристике, участок регулировочной характеристики при 120 ≥ α ≥ 60°,определяют по формуле

 

U_d = = U_d0 [1 + cos (60° +α)]. (4.24)

 

Регулировочные характеристики трехфазного мостового управляемого выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке (L→ ∞) и активной нагрузке (L = 0) показаны на рис.4.6.

Кривые анодных токов и токов трансформатора отличаются от соответствующих кривых неуправляемого выпрямителя (рис. 4.4, д,ж) наличием отстающего фазового сдвига, равного φ = α.

 

 

 

Рис. 4.6. Регулировочные характеристики трехфазного мостового

управляемого выпрямителя

 

Амплитуда обратного напряжения, как и в неуправляемом выпрямителе, равна U_{b max} = 1,045 U_d. Однако этой величиной определяется теперь не только обратное напряжение, но и возможное значение амплитуды прямого напряжения на тиристоре при регулировании угла управления α. При углах α > 90° тиристор, до введения управляющего импульса остается закрытым и должен выдерживать без предварительного отпирания максимальное значение прямого напряжения равного U_{b max}.

Рассмотрим влияние коммутационных процессов на работу трехфазного мостового управляемого выпрямителя. На рис. 4.7 приведены временные диаграммы напряжений и токов выпрямителя с учетом коммутационных процессов.

 

Рис. 4.7. Временные диаграммы, характеризующие работу трехфазного

мостового управляемого выпрямителя с учетом коммутационных процессов

 

Коммутационные процессы в схеме выпрямителя, обусловлены наличием индуктивных сопротивлений (анодных реактивностей) x_aa, x_ab, x_ac. Коммутационный процесс (в анодной или катодной группе вентилей) начинается в момент подачи отпирающего импульса на очередной тиристор, который должен вступить в работу. Коммутация токов продолжается в течение интервала γ и протекает так же, как и в схеме неуправляемого выпрямителя. Потенциалы выводов нагрузки φ_d(+) и φ_d(-) на интервалах коммутации снижаются за счет падений напряжений на анодных реактивностях. Так же, как и в неуправляемых выпрямителях, на интервалах γ потенциалы выводов нагрузки определяются полусуммой напряжений двух фаз, с коммутирующими вентилями. Коммутационные процессы сказываются на форме кривой выпрямленного напряжения u_d и приводят к к уменьшению его среднего значения U_d.

 

U_d = U_d0 cosα – ∆U_dγ (4.25)

 

В формуле (4.25) величина ∆U_dγ представляет собой среднее значение коммутационного снижения напряжения и определяется, как и для неуправляемого мостового трехфазного выпрямителя, соотношением (4.20), т.е.

 

U_d = U_d0 cosα – . (4.25)