Преобразование электроэнергии. Схемы выпрямления. Принцип действия и основные соотношения. Сложные нулевые схемы выпрямления. Теория работы мостовых схем выпрямления, страница 14

Из вентилей анодной группы (VD4, VD6, VD2), имеющих одинаковый потенциал на анодах, в данный момент времени откроется тот, у которого потенциал на катоде будет максимальный по величине и отрицательный по знаку (рис. 24, б). Потенциал общего анода схемы (точка Р на рис. 24, а) будет представлять кривую, огибающую отрицательные участки синусоидальных фазных напряжений (кривая Р на рис. 24, б). Таким образом, в мостовой схеме всегда (при Хв = 0) открыто два вентиля и ток проходит по двум фазам вторичной обмотки, двум вентилям и нагрузке. Все перечисленные элементы включены в контур протекания тока последовательно и iVD = i2 = Id.

Пару вентилей, находящихся в проводящем состоянии, определить легко – она находится под наибольшим междуфазным (линейным) напряжением. За период питающего напряжения возможно шесть интервалов повторяемости, в каждом из которых открыто два вентиля (рис. 24, в, г).

Из схемы выпрямителя (рис. 24, а) ясно, что мгновенные значения напряжения на нагрузке равны разности потенциалов в точках К и Р. Выше отмечалось, что открытые вентили подключают в эти точки те или иные фазы. Следовательно, кривая выпрямленного напряжения ud представляет собой разность фазных или линейное напряжение ud = u2 лин. Кривая ud имеет шесть пульсаций за период питающего напряжения при амплитуде пульсации равной максимальному линейному напряжению (рис. 24, б).

То обстоятельство, что мостовая схема выпрямляет линейное, а не фазное, как в нулевых схемах, напряжение – обусловливает основные ее достоинства.

Среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе выпрямителя (рис. 24, б) определится так:

,                            (88)

и, соответственно,.

          В этих выражениях проявляются достоинства схемы: имея всего m2 = 3, получено m = 6 (в нулевых схемах необходимо m2 = 6) при вдвое меньшем числе витков на фазу (в предыдущих схемах ).

          Условия работы вентилей в этой схеме определяются следующими значениями токов (рис. 24, в, г):

          – максимальное значение тока вентильного плеча IVD max = Id;

          – среднее значение тока вентильного плеча IVD ср = Id / 3.

Условия работы вентилей в этой схеме также определяются значением максимального обратного напряжения на вентильном плече. Кривая обратного напряжения на вентильном плече в этой схеме представлена на рис. 24, ж. Максимальное значение обратного напряжения определяется его амплитудой:

UVD max = = 1,045 Ud0.                                      (89)

          Анализ условий работы вентилей показывает, что токовый режим работы вентилей в два раза тяжелее, чем в нулевой шестипульсовой схеме параллельного типа и, следовательно, число параллельных вентилей в вентильном плече в этой схеме будет вдвое больше. Режим напряжения наоборот в два раза легче и требуется вдвое меньшее число последовательно соединенных вентилей. Таким образом, общее число полупроводниковых вентилей в шести вентильных плечах этой схемы будет таким же, что и в других шестипульсовых схемах выпрямления.

Достоинства или недостатки схемы в этих условиях определяются сравнением трансформаторов. Ток вторичной обмотки шестипульсовой мостовой схемы разомкнутого типа (ia на рис. 24, а) по закону Кирхгофа определится как

iа + iVD4 – iVD1 = 0,                                                   (90)

откуда

 iа = iVD1 – iVD4.                                                     (91)

Кривая тока вентильной обмотки трансформатора в этой схеме, построенная по выражению (91), приведена на рис. 24, д. Диаграмма тока подчеркивает, что фаза обмотки обтекается током в двух направлениях (в два такта) продолжительностью 4π/3. Это естественно улучшает использование обмоток трансформатора.

          Действующее значение тока вентильной обмотки трансформатора равно:

.                                 (92)

          Для рассматриваемой схемы справедливо

                                 (93)

          Решение этой системы уравнений с учетом, что , дает  (рис. 24, и). Следовательно

.                                                                         (94)