Преобразование электроэнергии. Схемы выпрямления. Принцип действия и основные соотношения. Сложные нулевые схемы выпрямления. Теория работы мостовых схем выпрямления, страница 6

Рассмотрим произвольно взятый момент времени ωt₁ (рис. 7, б) на интервале между точками 1 и 2.

Если вентиль VD1, подключенный к фазе «а», открыт, то потенциал на его катоде:

.                                            (5)

Условием открытия вентиля VD2, подключенного к фазе «b», является положительный относительно катода потенциал на аноде, то есть необходимо, чтобы:

.                                        (6)

Учитывая, что катоды вентилей однопотенциальны (), условием открытия вентиля VD2 будет следующее:

,                                  (7)

                                                     (8)

То есть, вентиль VD 2 откроется лишь тогда, когда потенциал его анода станет выше, чем у других вентилей.

Рис. 7. Трехпульсовая нулевая схема выпрямления и временные

диаграммы электромагнитных процессов в ней

Таким образом, в простой нулевой схеме в каждый момент времени открыт только один вентиль с максимальным потенциалом на аноде.

Выпрямленное напряжение u_d всегда равно фазовому – максимальному в данный момент времени – напряжению. Кривая u_d огибает вторичные фазные напряжения, число пульсаций ее равно числу фаз вторичной обмотки (m = m₂). Продолжительность пульсации составляет 2π/m.

Определим среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе выпрямителя при продолжительности пульсации 2π/m.

Рассмотрим одну пульсацию выпрямленного напряжения для рассматриваемой схемы выпрямления (рис. 8).

Рис. 8. Одна пульсация кривой выпрямленного напряжения рассматриваемой схемы выпрямителя

Выбрав за точку отсчета ось y, имеем

.                                            (9)

Обобщенное выражение для определения среднего значения выпрямленного напряжения для любой схемы выпрямления имеет вид:

.                                   (10)

Среднее значение выпрямленного напряжения для простой трехпульсовой нулевой схемы выпрямления для режима холостого хода определится следующим образом:

.                                                             (11)

Выражение (11) справедливо для всех простых нулевых схем выпрямления. Значение  U_d0 для этих схем равно

m₂ = m = 1          U_d0 = 0,45  U₂ ;

m₂ = m = 2          U_d0 = 0,9  U₂ ;

m₂ = m = 3          U_d0 = 1,17  U₂ ;

m₂ = m = 6          U_d0 = 1,35  U₂ .

Рассмотрим условия работы вентилей в этой схеме. При X_d = ∞ кривые токов вентилей абсолютно сглажены (рис. 7, в), поэтому условия работы вентилей будут следующими:

;                                                (12)

                                        (13)

Этот ток определяет тип и число параллельно соединенных в плече вентилей.

Определим напряжение на вентиле. Напряжение на вентиле равно разности потенциалов между его анодом и катодом:

.                                            (14)

Кривая обратного напряжения на вентиле приведена на рис. 7, ж. На интервале ωt₂ ≤ ωt ≤ ωt₃ (рис. 7, ж) обратное напряжение на вентиле равно

,                                           (15)

а на интервале ωt₃ ≤ ωt ≤ ωt₄

.                                           (16)

          Таким образом, обратно напряжение на вентиле, равное разности потенциалов между его анодом и катодом, всегда будет междуфазным (линейным) напряжением, то есть , а его максимум, определяющий класс и число вентилей, соединенных в плече последовательно, будет равен

.                                         (17)

Шестипульсовая простая нулевая схема выпрямления и временные диаграммы электромагнитных процессов в ней приведены на рис. 9.

Рис. 9. Шестипульсовая простая нулевая схема выпрямления и временные

диаграммы электромагнитных процессов в ней

          Для этой схемы, также как и для простой нулевой двухполупериодной схемы выпрямления

.                                         (18)

Это наглядно видно на рис. 9, ж.

Условия работы трансформатора определятся напряжениями и токами обмоток. Ток сетевой обмотки для схемы в общем виде записать сложно, поэтому примем

,                                             (19)

где – коэффициент трансформации трансформатора, определяемый из выражения (4);

b – коэффициент пропорциональности, зависящий от схемы.