Выпрямители в системе электроснабжения вагонов, страница 2

В рассмотренной схеме вели­чина U_d среднего значения выходно­го напряжения на нагрузке зависит от уровня входного напряжения u_ab. Это характерно для неуправляемых выпрямителей.

Анализ работы управляемого мостового выпрямителя (см. рисунок 1.2 а) проведем для случая питания активно - индуктивной нагрузки R - L_ф. Величину индуктивности L_ф считаем достаточной, чтобы исклю­чить пульсации выпрямленного тока i_н в цепи нагрузки.

При отсутствии сигналов уп­равления, формируемых специаль­ной схемой управления СУ, тирис­торы остаются закрытыми (не про­пускают ток), выдерживая прямое напряжение U_п = U_oбp. Это отражено соответствующими диаграмма­ми токов и напряжений, приведенными на рисунке 1.2 б и характеризу­ющими режим работы полупроводниковых элементов рассматрива­емого выпрямителя. На части рисунка, характеризующей измене­ние входного напряжения U_bx = u_ab, показано положение управляю­щих импульсов, подаваемых СУ в каждую из полуволн. К управляющему электроду У тиристора V1 подаётся импульс И1, к V3 - И2. Управляющие импульсы по отношению к своей полуволне питаю­щего напряжения могут сдвигаться системой управления на одина­ковый угол , который может меняться.

 

Рисунок 1.2 – Работа управляемого двухполупериодного мостового выпрямителя на активную индуктивную нагрузку: а) схема выпрямителя, б) диаграмма токов и напряжений.

Анализ работы управляемого выпрямителя (см. рисунок 1.2 а)нач­нём с момента t, подачи импульса И1 к тиристору V1 при действии полуволны 1 (см. рисунок 1.2 а, б). Начиная с этого момента, открыты и пропускают ток тиристор V1 (ток i_vl = i_н) и диод V4 (ток i_v4 = i_н). Пренебрегая влиянием индуктивности L_ф, будем считать, что ток i_н в цепи нагрузки сразу достиг установившегося значения.

Диод V2 и тиристор V3 находятся в запертом состоянии и каждому из них приложено обратное напряжение, равное текущему значению входного. Отдельно зависимости u_v2 = f(t) и u_v3 = f(t), a также i_v2 = f(t) и i_v3 = f(t) не приведены на рисунке, так как они имеют тот же вид, что и соответствующие зависимости для диода V4 и тиристора V1, но сдвинуты по отношению к ним на угол . Это cостояние сохранится до момента t_2·(), когда произойдет смена полуволн питающего напряжения. С этого момента откроется диод V2, так как под действием полуволны 2 (см. рисунок 1.2 а) к его аноду А будет приложен положительный потенциал. Тиристор V1 под действием этой же полуволны закроется. Это произойдет потому, что с момента открытия диода V2 при открытом тиристоре V1 вторичная обмотка а-b трансформатора оказывается замкнутой накоротко. В образовавшемся контуре возникнет ток короткого замыкания i_кз (на рисунке 1.2 а показан пунктиром), под влиянием которого ток тиристора i_vl снизится до нуля, а сам он перейдет в закрытое состояние.

С этого момента оба тиристора закрыты. Один из них (V1) находится под воздействием возрастающего обратного напряжения, другой (V3) - под действием того же напряжения, но приложенного к нему в прямом направлении. Ток в цепи нагрузки при открытых диодах V2 и V4 поддерживается за счёт энергии, накопленной в индуктивности L_ф цепи нагрузки. Это состояние сохранится до тех пор, пока на тиристор V3 (момент t₃) не будет подан управляющий пульс И2.

Тиристор V3 откроется. При открытом диоде V4 выводы а и b обмотки трансформатора снова замкнутся накоротко. Под влиянием тока короткого замыкания (не показан на рисунке 1.2 а), направлен­ного навстречу току i_v4, последний снизится до нуля. Диод V4 закро­ется и к нему приложится обратное напряжение, равное текущему значению входного. Теперь под воздействием полуволны 2 ток к нагрузке подается через диод V2 и тиристор V3. Это состояние со­хранится до момента t₄·() (см. рисунок 1.2), когда сменится полувол­на питающего напряжения. Под влиянием полуволны 1 вновь от­кроется диод V4, а тиристор V3 закроется и ток в цепи нагрузки снова будет поддерживаться за счет энергии, накопленной в элемен­тах фильтра. Это состояние сохранится до момента подачи импуль­са управления на тиристор V1. Далее весь вышеописанный процесс повторится.

Описанные процессы коммутации в неуправляемых и управ­ляемых выпрямителях называются естественными, так как проте­кают под влиянием действующих в схеме ЭДС источника питания.

Приведенные на рисунках 1.1 б и 1.2 б формы напряжений и токов для различных элементов схемы даны без учёта углов комму­тации, когда на некоторый интервал времени после перехода кри­вой напряжения через ноль (момент t,) питающая обмотка транс­форматора и нагрузка оказываются замкнутыми накоротко.

Не останавливаясь подробно на рассмотрении этого явления, отметим лишь, что величина угла коммутации зависит от тока на­грузки и индуктивного сопротивления рассеяния обмотки питаю­щего трансформатора. Чем больше угол коммутации,тем меньше среднее значение U_d выпрямленного напряжения, подводимого к нагрузке. Таким образом, выходное напряжение у неуправляемого выпрямителя зависит от входного напряжения и величины нагруз­ки. У управляемых выпрямителей уровень U_d можно менять за счёт изменения угла  подачи импульсов управления. Это позволяет со­хранить неизменным выходное напряжение выпрямителя при рос­те нагрузки.

В вагонных СЭС находят применение различные схемы неуп­равляемых выпрямителей - от однофазных однополупериодных до трехфазных мостовых. Представление об этих схемах дает таблица 1, где кроме схем включения диодов в выпрямителе по­казаны формы выходного напряжения и тока вентиля (диода), а также указаны (без учета углов коммутации) величины выпрямленного напряжения в каждой схеме (по отношению к эффективной величи­не входного переменного напряжения U).

Здесь же приведены значения обратного напряжения U_oбp по отношению к U на каждом диоде схемы и названы типы СЭС ваго­на, в которых такие схемы нашли применение.

Таблица 1 – Выпрямительные схемы СЭС вагонов и основные показатели, характеризующие работу

Выпрямители, обеспечивающие одно- и двухполупериодное выпрямление широко применяют в блоках питания схем управления.