Преобразование электроэнергии. Схемы выпрямления. Принцип действия и основные соотношения. Сложные нулевые схемы выпрямления. Теория работы мостовых схем выпрямления, страница 9

;                       (39)

                                         (40)

Отметим граничные условия режима коммутации (рис. 14)

Рис. 14. Характер изменения токов и на интервале коммутации 

          При ωt=0: i_VD1 = I_d , i_VD2 = 0.

Из выражений (39) и (40) с учетом (38) имеем:

                        ;                             (41)

                                .                                 (42)

Подставив (38), (41) и (42) в (39) и (40), получим:

                                     (43)

                                                    (44)

При ωt = γ (рис. 14): i_VD1 = 0, i_VD2 = I_d.

Из выражения (44) имеем:

                                  ;                                      (45)

                                                                        (46)

По выражениям (43) и (44) можно определить и построить вентильные токи в период коммутации, а по выражению (46) рассчитать продолжительность процесса. С увеличением тока и сопротивления цепи значение угла γ растет, а с ростом напряжения U₂ – уменьшается.

Определим мгновенное значение выпрямленного напряжения u_d в период коммутации вентильных токов. Кривые фазных напряжений коммутирующих фаз приведены на рис. 15.

Рис. 15. Кривые фазных напряжений коммутирующих фаз выпрямителя

          Так как ЭДС самоиндукции e_s = | e_sa | = | e_sb |, то

                                          (47)

Откуда

  .                                        (48)

Таким образом, в период коммутации мгновенное значение выпрямленного напряжения равно полусумме мгновенных значений напряжений коммутируемых фаз (см. рис. 15 и 7, е).

Явление коммутации приводит к:

– снижению среднего значения выпрямленного напряжения на значение;

– искажению формы кривой выпрямленного напряжения, а, следовательно, к изменению его гармонического состава;

– уменьшению среднего значения выпрямленного напряжения.

Из-за процесса коммутации уменьшается среднее значение выпрямленного напряжения:

                                          (49)

В соответствии с рис. 15 определим потери на коммутацию:

                                                 (50)

          Учитывая (45), имеем

.                       (51)

Уравнение внешней характеристики выпрямителя имеет вид:

.                                         (52)

Ранее было получено выражение (29) для определения , с учетом

                                        (53)

          Уравнение внешней характеристики может быть представлено

                                (54)

Введем обозначение: – коэффициент наклона внешней характеристики. С учетом этого

                                   (55)

или в относительных единицах

                                      (56)

          Для трехфазных выпрямителей

.                                            (57)

В соответствии с (57) для шестипульсовых выпрямителей А = 0,5, для двенадцатипульсовых А = 0,26, для двадцатичетырехпульсовых А = 0,13 и т.д.

Внешней характеристикой выпрямителя называется зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения тока нагрузки U_d = f (I_d).

Очевидно, чем меньше значение коэффициента А, тем меньше потери на коммутацию, тем стабильнее уровень напряжения и лучше схема выпрямления.

Внешняя характеристика нулевого выпрямителя в относительных единицах представлена на рис. 16.

Рис. 16. Внешняя характеристика нулевого выпрямителя

Коммутация тока повлияет и на условия работы вентилей. При сохранении токового режима и величины максимального обратного напряжения последнее в момент окончания коммутации (рис. 17) восстанавливается скачком до величины

U_VD0 = U_{VD max} sin γ,                                        (58)

что несколько утяжеляет условия работы вентилей.

а

б

Рис. 17. Кривая выпрямленного (а) и обратного (б) напряжения

 на вентиле с учетом процесса коммутации

Из-за процесса коммутации форма потребляемого тока преобразователя изменяется в лучшую сторону, но из-за появления сдвига относительно кривой напряжения уменьшается значение коэффициента мощности и снижаются энергетические показатели выпрямителя.