Исследование трехфазных управляемых выпрямителей (Лабораторная работа № 17)

Лабораторная работа 17

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Цель работы: изучить работу и снять основные характеристики трехфазных управляемых выпрямителей.

Краткие теоретические сведения

Для ряда потребителей постоянного тока необходимо обеспечить плавное изменение выпрямленного напряжения на нагрузке. Выпрямители, позволяющие плавно регулировать величину выпрямленного напряжения на нагрузке, называются управляемыми.

Работу управляемого выпрямителя рассмотрим на примере трехфазной схемы о нейтральной (средней) точкой трансформатора (рис. 17.1 а). Схема содержит трехфазный трансформатор Тр, вентильную группу V1-V3 , устройство управления УУ, и нагрузку, включенную между средней точкой трансформатора и общей точкой катодов вентилей. Первичная обмотка трансформатора может быть соединена в звезду или треугольник, вторичная — в звезду.

Диаграмма фазных напряжений вторичной обмотки трансформатора приведена на рис.17.I б. Как известно, в случае неуправляемого выпрямителя, когда в качестве вентилей используются диоды, в открытом (проводящем) состоянии находится тот вентиль, у которого но аноде наибольший положительный потенциал по отношению к другим вентилям.

Если пренебречь явлением коммутации, то переход тока с вентиля на вентиль и неуправляемом выпрямителе осуществляется при равенстве фазных напряжений, т.е. в точках 1, 2, 3 и т. д. называемых точками е с т е с т в е н н о г о  в к л ю ч е н и я вентилей. Продолжительность работы каждого вентиля Т/З. Форме выпрямленного напряжения на нагрузке и очередность работы вентилей для случая чисто активной нагрузки показами на рис. I7.I в. Среднее значение выпрямленного напряжения определятся по выражению

В управляемых выпрямителях в качестве вентилей используются тиристоры, позволяющие регулировать момент открытия. Это достигается за счет того, что импульс на открытие вентиля на его управляющий электрод подается с некоторым сдвигом относительно анодного напряжения. Поэтому вступление очередного вентиля в работу осуществляется с задержкой относительно точек естественного включения (рис. 17.1. г). Угол α между управляющим импульсом и анодным напряжением, отсчитанный от точек естественного включения, называется у г л о м  у п р а в л е н и я (регулирования).

При чисто активной нагрузке напряжение на ней повторяет форму тока. Ток в нагрузке в зависимости от угла α ‚ может быть непрерывным или прерывистым. Если величина угла α удовлетворяет условию, то ток в нагрузке непрерывен (рис. 17.1 г), а среднее значение выпрямленного напряжения определяется выражением

При  ток в нагрузке будет прерывистый (рис. 17.1 д), а среднее значение напряжения определится как

Изменяя величину угла α, можно осуществить плавное регулирование напряжения на нагрузке. Значение угла α, при котором напряжение на нагрузке становятся равным нулю, называется предельным, α_пр

Если нагрузка носит индуктивный характер, то в идеальном случае ток в нагрузке будет постоянным по величине (рис. 17.1 ж). В этом случае за счет энергии, накопленной в индуктивности, вентиль, заканчивающий работу, может находится некоторое время в открытом состоянии при отрицательном напряжении на аноде (рис. 17.1 е). Длительность работы вентиля при отрицательном напряжении на анода определяется количеством энергии, накопленной в индуктивности не может быть больше продолжительности его работы при положительном напряжении на аноде (рис. 17.1 е).

Среднее значение напряжения на нагрузке

При α> 90° ток в нагрузке будет прерывистым, а U₀=0. В этом режиме выпрямитель потребляет из сети только реактивную мощность. Значение α_пр= 90^о.

Управляемый выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, может иметь шесть управляемых вентилей, объединенных в катодную и анодную группы, либо управляемые вентили в катодной группе и неуправляемые в анодной. Возможность использовать только три управляемых вентиля в мостовой схеме объясняется тем, что здесь всегда работают два последовательно соединенных вентиля. Несимметричная схеме позволяет упростить систему управления и уменьшить ее стоимость.

Несимметричная мостовая схеме и кривые потенциалов положительного и отрицательного полюсов выпрямителя для случая активной нагрузки при α= 30^о, 60^о, 90^о приведены соответственно на рис. 17.2 а, б. Штриховой показаны мгновенные значения выпрямленного напряжения.

Для случая активной нагрузки (рис. 7.2 б) режим непрерывного тока соответствует диапазону а режим прерывистого тока - . В первом режиме ( ) коммутация тока в катодной группе вентилей происходит в момент подачи управляющих импульсов на соответствующие вентили. Коммутация в анодной группе происходит в момент естественного включения вентилей (токи 1, 2 и т.д.).