Коммутация вентилей в схемах выпрямителей. Среднее значение или постоянная составляющая падения выпрямленного напряжения, обусловленного коммутацией

1.6. Коммутация вентилей в схемах выпрямителей

Ранее, при анализе схем выпрямителей, предполагалось, что они питаются от идеальных трансформаторов, фазы которых не имеют потоков рассеяния электромагнитного поля. При таком допущении возможна мгновенная коммутация (включение и выключение) вентилей преобразователя, периодически подключающих нагрузку к соответствующим фазам вторичной обмотки трансформатора. При этом ток подключенной фазы мгновенно нарастает до установившегося значения, а ток отключенной фазы мгновенно спадает до нуля.

Данное допущение общепринято для ВП, работающих в электромеханических системах, и существенно упрощает расчет параметров основных элементов при достаточной для практической цели точности расчета.

Однако реальные трансформаторы всегда имеют некоторую индуктивность рассеяния фаз, вызванную наличием электромагнитных потоков рассеяния. Наличие индуктивности рассеяния фазы не позволяет току включаемой фазы мгновенно нарастать до установившегося значения, а току выключаемой фазы спадать мгновенно до нуля. Это приводит к тому, что появляются интервалы времени длительностью  электрических градусов, называемые интервалами, коммутации, на которых в каждой вентильной группе работают не менее двух вентилей. Вследствие того, что на интервалах коммутации коммутирующие фазы трансформатора замкнуты накоротко через два проводящих вентиля, кривая выпрямленной ЭДС искажается, что приводит к снижению значения выпрямленного напряжения с ростом тока нагрузки преобразователя. Снижение напряжения характеризуется высшей характеристикой преобразователя, представляющей собой зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения выпрямленного тока при постоянном угле отпирания .

Прежде чем приступить к анализу коммутации и внесших характеристик следует отметить, что силовую схему любого нулевого -пульсного БП можно представить обобщенной схемой замещения, приведенной на pиc.1.17. В цепи нагрузки содержимся ЭДС двигателя , полярность которой зависит от режима работы электропривода. Индуктивность  и сопротивление  представляют собой сумму индуктивностей и сопротивлений всех элементов цепи нагрузки. Значение  включает в себя сумму индуктивностей рассеяния всех элементов фазы преобразователя, в том числе и индуктивности питающей сети и первичной обмотки трансформатора, приведенные к цепи первичной обмотки.

При работе ВП на якорь двигателя постоянного тока большой (средней) мощности с достаточной точностью можно считать выпрямленный ток идеально сглаженным и равным , а индуктивность цепи нагрузки . Идеально гладкой можно считать также и ЭДС двигателя . При таких допущениях цепь нагрузки преобразователя на обобщенной схеме замещения может быть заменена источником тока

.                                                 (1.50)

В процессе работы преобразователя происходит поочередная коммутация тока нагрузки с одной фазы на другую. В эквивалентной нулевой схеме замещения -пульсного преобразователя в области рабочих токов происходит чередование двух периодов работы: рабочего периода, когда ток нагрузки  проходит по цепи одной фазы, и периода коммутации при нормальной нагрузке преобразователя, когда в процессе переключения тока в проводящем состоянии оказываются обе фазы.

Пусть на рабочем периоде, предшествующем периоду коммутации, был открыт вентиль  и ток нагрузки  протекал через фазу с ЭДС  (см. рис. 1.17).

При подаче отпирающего импульса управления на вентиль  последний открывается, и начинается период коммутация тока нагрузки с фазы ЭДС  на фазу ЭДС . При этом в контуре, образованном коммутирующими фазами, начинает протекать ток короткого замыкания . Через вентиль  ток  течет в прямом направлении и увеличивает анодный ток этого вентиля, а через вентиль  ток течет в обратном направлении, уменьшая за интервал коммутации анодный ток вентиля до нуля и тем самым запирая его. Поэтому ток  принято называть также коммутирующим током.

ЭДС коммутирующих фаз сдвинуты друг относительно друга на угол . Разность этих ЭДС или коммутирующая ЭДС  в соответствии с векторной диаграммой (см. рис. 1.18) и линейными диаграммами (рис. 1.19), построенными для =3, равна

,                            (1.51)

где  - амплитудное значение фазных ЭДС в эквивалентной схеме замещения;  - текущий угол, отсчитываемый от начала синусоиды до момента подачи отпирающего импульса на вступающий в работу вентиль;  - угол управления вентилями.

ЭДС  создает вынужденную составляющую тока . Эта составляющая входит в полный ток коммутации . С учетом того, что фазовый сдвиг между током и напряжением индуктивности составляет , вынужденная составляющая тока  находится следующим образом:

Составляющая свободного режима  и  в момент =0

.

Полный ток коммутации, равный току вентиля вступающей в работу фазы, определяется из выражения:

.                     (1.52)

Ток вентиля заканчивающей работу фазы на интервале коммутации равен

.                   (1.53)

Период коммутации закончится, когда ток вступающей в работу фазы достигнет значения тока нагрузки , а ток, заканчивающей работу фазы, уменьшится до нуля. В начале периода коммутации текущий угол =0. В конце периода коммутации угол  становится равным углу коммутации . С учетом этого, выражение (1.52)  преобразуется к виду: