Выпрямители. Цель лекции: рассмотреть вопросы: управляемые выпрямители трехфазного тока; внешние характеристики и энергетические показатели

Лекция 16.

Цель лекции: рассмотреть вопросы: управляемые выпрямители трехфазного тока; внешние характеристики и энергетические показатели.

УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ТРЁХФАЗНОГО ТОКА

Мостовой управляемый выпрямитель. Выпрямитель выполняется на тиристорах VT1—VT6 (рис. 6.18). По сравнению с несимметричной схемой полууправляемою выпрямителя в данной схеме все процессы симметричны и характеристики выпрямителя более благоприятны в широком диапазоне регулирования.

На тиристоры от схемы управления СУ подаются сдвоенные (с интервалом π/З=60 эл. град.) импульсы управления или пакеты им­пульсов длительностью более π/З. Такой алгоритм следования им­пульсов необходим для одновременного отпирания одного тиристора в катодной и одного тиристора в анодной группах, чтобы образова­лась непрерывная цепь нагрузки при включении выпрямителя и в режиме прерывистого тока при глубоком регулировании.

Коммутация в этой схеме происходит по общим физическим зако­номерностям.

Среднее значение выпрямленного напряжения

(6,79)

где

(6,80)

(6,81)

Рис. 6.18. Схема и временные диаграммы напряжений и токов управляемого мостового шестипульсового выпрямителя

Тогда

(6,82)

Тогда при изменении угла управления 0 < a < л/3 напряжение и ток вы­прямителя непрерывны даже при активной нагрузке. Для этого режи­ма (I) среднее значение выпрямленного напряжения, как следует из выражения (6.86) при L_а = О

(6.84)

В другом режиме (II) при π/3 < a < 2π/3 кривая выпрямленного напряжения U_d при активной нагрузке становится прерывистой, и среднее значение выпрямленного напряжения

(6.85

На рис. 6.19 приведены кривые выпрямленного напряжения при работе мостового шестипульсового выпрямителя при углах управле­ния, соответствующих I (a, < π/3), II и граничному (а₂ = π/3) режи­мам.

Предельным углом управления, при котором U_d = 0 в случае ак­тивной нагрузки является а_тах = 2л/3 = 120 эл. град. (рис. 6.19).

При активно-индуктивной нагрузке с идеальным сглаживанием тока /,, кривая выпрямленного напряжения щ во всем диапазоне из­менения угла а непрерывна (как для режима I) с тем отличием, что при а>л/3 кривая u_d имеет отрицательные участки (на рис. 6.19 показаны штриховой линией). Для этого режима во всем диапазоне регулирования справедлива формула:

(6.86)

Из формулы (6.89) следует, что максимальное значение угла а в режиме идеально сглаженного тока а_тах - π/2 = 90 эл, град.

Внешняя характеристика (рис. 6.20, а) трехфазного мостового вы­прямителя по сравнению с однофазным выпрямителем имеет некото­рую специфику. В зависимости от тока нагрузки I_d в многофазных схемах могут возникать отличающиеся друг от друга режимы работы. Критерием перехода из одного режима в другой является определен­ное (граничное) значение угла коммутации у.

Первый режим работы характеризуется периодической работой двух или трех тиристоров (режим 2—3): во внекоммутационный ин­тервал — 2 тиристора, на интервале коммутации — 3 тиристора. Граничное значение угла коммутации у - л/3 = 60 эл. град. Участок внешней характеристики для режима нагрузки 2—3 определяется уравнением (6.83). На рис. 6.20, б напряжение U_d отложено в долях напряжения холостого хода U, а ток I_d — в долях выпрямленного тока короткого замыкания.

При увеличении тока нагрузки выше граничного значения I_d{l._U) угол коммутации остается неизменным вследствие задержки начала коммутации на некоторый угол, который называют дополни­тельным углом управления а'. Физически это явление объясняется тем, что при коммутации тиристоров (диодов), например в катодной группе, тиристор (диод) анодной группы, вступающий работу, имеет

Рис. 6.19. Временное диаграммы режимов работы управляемого трехфазного мостового выпрямителя при активной нагрузке

Рис. 6.20. Регулировочная (а) и полная внешняя (б) характеристики управляемого трехфазного мостового выпрямителя

потенциал полусуммы фазных напряжений, а не полное фазное напря­жение вступающей в работу фазы, Подстановкой значений y = я/3 и а = а' в формулы (6.74) и (6.85), возведя их в квадрат и почленно сложив, получим уравнение внешней характеристики выпрямителя во втором режиме

(6,87)

Уравнение (6.90) представляет собой дугу эллипса, полуоси кото­рого по координатам I_d и U_d соответственно

(6,88)

()6,89

Граничные значения тока и напряжения, полученные по уравнени-ям (6.74) и (6.85) при а =0 и γ= π/3

(6,90)

(6.91)

Второй режим заканчивается при условии γ+ а' = π/2. При дальнейшем увеличении нагрузки оказывается возможным начало коммутации, например в анодной группе, когда еще не завершилась коммутация в катодной группе. Процессы в этом режиме харак­теризуются одновременной работой трех тиристоров (диодов), два из которых коммутирует в одной группе, и четырех тиристоров (диодов), которые попарно коммутируют в анодной и катодной группах (режим 3—4). В схеме происходит чередование интервалов нормальной и двойной коммутации. На интервале нормальной коммутации u_d=0,5(3E₂) sinωt, а на интервале двойной комму­тации u_d = 0.

Уравнение внешней характеристики в третьем режиме имеет вид

(6.92

Эта характеристика представляет собой прямую линию. Гранич­ные значения тока и напряжения перехода в третий режим можно найти при γ=π/3 и а'=π/6, используя уравнение (6.74) и (6.85):

(8.93)

(8.94)

Таким образом, получена полная внешняя характеристика мосто­вого трехфазного выпрямителя без учета влияния активных сопротив­лений.

ВНЕШНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Внешняя характеристика выпрямителя представляет собой зависимость среднего выпрямленного напряжения от среднего выпрямленного тока.. С увеличением тока нагрузки выпрямленное напряжение снижается.

При синусоидальных напряжении и токе полная, активная и реактив­ная мощности соответственно

(6.123) (6.124)

где U,I — эффективные значения напря­жения и тока; φ — фазовый угол сдвига между кривыми напряжения и тока

Отношение P/S = cosφ называется коэффициентом активной мощ­ности или коэффициентом сдвига гармонических тока и напряжения.

Мгновенная мощность (рис. 6.30, а)

(6.125)

пульсирует с двойной частотой сети около среднего значения UIcosφ. При питании выпрямителей вследствие несинусоидальности тока (рис. 6.30, 6) эти соотношения не точно отражают реальные процессы. В этом режиме мощность определяется произведением несинусоидальных напряжения и тока. Поскольку кривая напряжения сети внешнего электроснабжения имеет незначительные ис­кажения, то при анализе обычно его принимают синусоидальным, а в кривой тока учитывают, кроме основной, высшие гармони­ческие составляющие. При этих допущениях полная мощность выпрямителя

Рис. 6.30. Временное диаграммы напряжений, токов и мощностей питающей сети при синусоидальной форме тока (а) и при несинусоидальной форме тока однофазного выпрямителя

где U₁I₁ — эффективные значения первичного напряжения и тока соответственно.

Активная мощность определяется основной гармонической состав­ляющей:

(6.127)

где P_t(i) — фазовый угол между основными гармоническими составляющими напряже­ния и тока.

Реактивная мощность

Реактивная мощность Q_{ состоит из двух составляющих: реактив­ной мощности основной гармонической составляющей

(6.129)

Дата добавления: 2014-01-07