Управляемые выпрямители. Области применения преобразователей средней и большой мощности, страница 2

 

Если:

Рис. 3 Временные диаграммы многофазного УВ:

а – напряжение питающей сети; напряжение на нагрузке для:

б – малых углов управления; в – больших углов управления

то в кривой напряжения нагрузки появляются безтоковые паузы. Тиристор закрывается вследствие снижения напряжения на его аноде до нуля.

Угол, соответствующий точке естественной коммутации, смещен относительно максимума синусоиды (90 градусов) на величину π/m.

Кривая напряжения на нагрузке повторяет по форме участки синусоид напряжений вторичных обмоток, определяемые временем работы тиристоров фаз.

Для режима непрерывного тока (рис. 3, б) моменты перехода от временного интервала открытого состояния одного тиристора к аналогичному интервалу другого тиристора определяются углом управления. Длительность этих интервалов равна:

 

Пример. Значения максимальных углов управления,при которых ток в нагрузке остается непрерывным, приведены в таблице 1.

Значения максимальных углов управления             Таблица 1

Среднее выпрямленное напряжение в режиме непрерывных токов нагрузки составляет:

 

где величина:

является средним выпрямленным значением неуправляемого многофазного выпрямителя (α =0).

Среднее выпрямленное напряжение в режиме прерывистых токов составляет:

 

Пример. Уравнения работы двухполупериодного выпрямителя (m =2), рисунок 4.

Режим прерывистых токов нагрузки:

 

где:

Рис. 4 Двухфазный УВ: а – схема; б – временные диаграммы работы

Режим непрерывных токов нагрузки:

 

Пояснение. Кривая напряжения в операции интегрирования представлена функцией косинуса, т.к. отсчет ведется от значения угла 90 градусов, и в эту точку смещается ось напряжения.

4.1 Трехфазный нулевой управляемый выпрямитель

На рисунке 5 представлена схема трехфазного нулевого управляемого выпрямителя. Основой ее конструкции являются три однофазных УВ, к которым подключена одна общая нагрузка. Это уменьшает временной интервал с прерывистым током, что повышает характеристики устройства.

Недостаток УВ – прохождение тока вторичных обмоток в одном направлении, поэтому в них присутствует постоянная составляющая. Это, в свою очередь, ухудшает режим работы трансформатора.

Рис. 5 Схема трехфазного нулевого управляемого выпрямителя

На рис. 6 представлены временные диаграммы работы УВ. Угол управления отсчитывается от точки естественной коммутации (момент времени t₁). При значении этого угла от 0 до 30 градусов, ток в нагрузке непрерывен (рис. 6, а). Если величина угла превышает 30 градусов, то появляются безтоковые паузы (рис. 6, б). Максимальное значение угла 150 градусов, т.к. отсчитывается от точки естественной коммутации (соответствует 180 градусам от нулевого значения синусоиды).

Рис 6 Временные диаграммы работы трехфазного нулевого УВ:

а – при малых углах управления; б – при больших углах управления

Среднее выпрямленное значение напряжения на нагрузке в режиме непрерывных токов:

 

В режиме прерывистых токов:

 

Для выбора тиристора по напряжению необходимо определить напряжение на закрытом тиристоре:

Выбора тиристора по величине прямого тока:

4.2 Схема Ларионова

Схема Ларионова (рис. 7) фактически состоит из двух трехфазных нулевых управляемых выпрямителей, работающих на одну нагрузку: вентильной группы 1 и вентильной группы 2.

Среднее выпрямленное значение напряжения на нагрузке в режиме непрерывных токов:

 

Рис. 7 Схема Ларионова

Среднее выпрямленное значение напряжения на нагрузке в режиме прерывистых токов:

На рисунках 8 и 9 представлены временные диаграммы работы схемы Ларионова.

Рис. 8 Временные диаграммы напряжения нагрузки

 схемы Ларионова при угле управления 0 градусов

Рис. 9 Временные диаграммы работы схемы Ларионова:

а – построение огибающей напряжения нагрузки при угле управления 30 градусов;

б – построение огибающей напряжения нагрузки при угле управления 60 градусов;

в – построение огибающей напряжения нагрузки при угле управления 90 градусов

Временная диаграмма (рис. 8) соответствует значению угла управления, равного нулю и, следовательно, наибольшему значению напряжения нагрузки.

Это напряжение получается за счет протекания тока через один из открытых тиристоров вентильной группы 1 и открытый тиристор вентильной группы 2. С течением времени происходит переключение тиристоров, но данное правило выполняется. Тиристоры, которые могут быть включены в соответствующий момент времени указаны на диаграмме.

Напряжение нагрузки является постоянным и равно амплитудному значению линейного питающего напряжения, т.к. ток через нагрузку протекает только в одном направлении от различных фаз трансформатора. Частота пульсаций в нагрузке шесть раз больше, чем частота питающего напряжения.

Временные диаграммы (рис. 9) отображают формы кривой напряжения нагрузки при увеличении значения угла управления.

Режимы работы тиристоров  рассмотрены на примере VT1 (фазе A).

 Угол управления на рис. 9, а, равен 30 градусов, на рис. 9, б, составляет 60 градусов, его увеличение вызывает появление безтоковых пауз.  На рис. 9, в, этот угол соответствует 90 градусам.

Максимальное значение угла управления может быть выбрано равным 120 градусов, при этом среднее выпрямленное напряжение на нагрузке равно нулю.

Для сглаживания пульсаций в нагрузке применяются фильтры на катушках индуктивности. Энергия запасается  в этих элементах в виде электромагнитного поля и во время безтоковой паузы выдается в нагрузку.