Меню

Действующее значение тока вентиля определяет

Основные параметры выпрямителей

Выпрямительные устройства

Статический преобразователь электрической энергии пере­менного тока в энергию постоянного тока является выпрями­тельным устройством. Обратное преобразование осуществляют инверторы.

Выпрямительное устройство может состоять из трех основ­ных элементов (рис. 2.1): трансформатора, комплекта вентилей и сглаживающего фильтра.

Рис. 2.1. Структурная схема выпрямительного устройства

Трансформатор в схеме выпрямления предназначен для по­лучения заданного напряжения на выходе выпрямителя. Кроме этого трансформатор устраняет непосредственную электриче­скую связь цепи выпрямленного тока с питающей сетью, что необходимо в случае, если один полюс нагрузки заземлен или соединен с корпусом устройства.

Комплект вентилей осуществляет процесс выпрямления. Он может состоять из одного или нескольких вентилей, соединен­ных по определенной схеме.

Сглаживающий фильтр предназначен для ослабления пуль­саций, т. е. для уменьшения переменных составляющих, содер­жащихся в кривой выпрямленного напряжения. Сглаживающий фильтр наиболее часто состоит из индуктивных и емкостных элементов, соединяемых по определенной схеме.

Помимо элементов, показанных на структурной схеме, вы­прямитель может содержать стабилизатор напряжения (или тока), который поддерживает напряжение (или ток) постоян­ным с определенной степенью точности при изменениях напряжения питающей сети и сопротивления нагрузки. Выпрямитель­ное устройство может также выполнять функции регулятора на­пряжения и содержать устройства контроля, коммутации, защи­ты и др.

Режим работы выпрямителя и соотношения между основны­ми параметрами его элементов в значительной степени зависят от характера его нагрузки. Различают следующие режимы работы выпрямителя: на активную нагрузку; активно-емкостную нагрузку; на противоЭДС; активно-индуктивную нагрузку; смешанную нагрузку.

Случай идеальной активной нагрузки выпрямителя относи­тельно редок и находит применение лишь для питания цепей, не требующих ограничения переменной составляющей выпрям­ленного напряжения.

Емкостной характер нагрузки часто встречается в выпрями­телях малой мощности. Конденсатор устанавливается на выходе выпрямителя параллельно нагрузке для уменьшения перемен­ной составляющей выпрямленного напряжения. Реакция нагруз­ки на выпрямитель будет определяться емкостью, сопротивле­ние которой для переменной составляющей много меньше со­противления нагрузки.

Режим работы выпрямителя на противоЭДС является ха­рактерным при заряде аккумуляторных батарей или при пи­тании двигателей постоянного тока.

Если фильтр выпрямителя начинается с элемента, обладаю­щего достаточно большой индуктивностью, сопротивление кото­рой для переменной составляющей тока больше сопротивления нагрузки, то реакцию на выпрямитель будет оказывать в основ­ном этот элемент и режим работы выпрямителя будет харак­теризоваться индуктивной нагрузкой.

Независимо от режима работы выпрямитель характеризует­ся: выходными параметрами; параметрами, характеризующими режим работы вентиля, и параметрами трансформатора.

К выходным параметрам выпрямителя относятся: Uo— номинальное среднее значение выпрямленного напряжения, В; Iо — номинальное среднее значение выпрямленного тока, А; fni — частота основной гармоники выпрямленного напряжения; kDK — коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.

Коэффициентом пульсации называется отношение амплиту­ды Л-й гармоники выпрямленного напряжения Uomh к его сред­нему значению Uo- Коэффициент пульсации может измеряться в процентах по отношению к напряжению Uo- Обычно в выпря­мителях коэффициент пульсации определяется по первой гар­монике выпрямленного напряжения, так как она имеет наи­большую амплитуду и наименьшую частоту. При питании ап­паратуры связи пульсация также измеряется в псофометриче-ских и среднеквадратических величинах.

Внешняя характеристика выпрямителя — зависимость выход­ного напряжения выпрямителя Uo от тока нагрузки /о при не­изменном напряжении на входе выпрямителя. По этой харак­теристике можно определить номинальное значение выходного напряжения выпрямителя и его внутреннее сопротивление по постоянному току Ro=dU/dIo-

Вентили в схемах выпрямления характеризуются следующи­ми параметрами: средним выпрямленным током /пр ср; дейст­вующим значением тока /пр; амплитудой тока IпРщ; амплитудой обратного напряжения Uo6p; средней мощностью Рср.

По этим параметрам в схемах выпрямления производится выбор вентилей. Значения указанных параметров не должны превышать предельно допустимых, указанных в паспортных данных для выбранных типов вентилей.

Для трансформаторов, работающих в схемах выпрямления, определяются следующие параметры: действующие значения напряжения Uu и тока /2. вторичных обмоток; действующие значения напряжения U\ (эта величина известна, так как вы­прямитель включается в определенную сеть переменного тока) и тока 1\ первичной обмотки; полная мощность вторичной об­мотки Sn\ полная мощность первичной обмотки Si) полная или габаритная мощность трансформатора STP= (2S2+S|)/2; коэф­фициент использования трансформатора /сгр=Л)/5тр, где Ро — выходная мощность выпрямителя.

Параметры вентилей и трансформатора зависят нагрев вентиля зависит от действующего значения тока, а соот­ношение между действующим и средним значениями тока зави­сит от схемы выпрямления и характера нагрузки; обратное напряжение t/op max — наибольшее значение напря­жения, которое может быть приложено к вентилю в обратном (непроводящем) направлении и которое вентиль может выдержать, не подвергаясь опасности пробоя; прямое падение напряжения U„p max определяется по ВАХ вентиля При максимальном постоянном прямом токе Inp max и

составляет для различных типов кремниевых диодов 0,6 . 1,2 В (для германиевых 0,3. 0,5 В). Очевидно, что чем меньше UПр т3х, тем выше КПД; предельная температура перехода 7″„ max;

максимальное значение обратного тока Iобр.mах — ток через вентиль в обратном (непроводящем) направлении при прило­жении к нему обратного напряжения; импульсный прямой ток Iи max — наибольший допустимый кратковременный ток в течение определенного отрезка времени, не нарушающий нормальной работы вентиля; предельная частота пред-

В отдельных случаях приводятся допустимая мощность рас­сеяния, время восстановления запирающих свойств вентиля, тепловые сопротивления переход—корпус или переход — окру­жающая среда.

При расчете выпрямительных устройств необходимо знать дифференциальное сопротивление вентиля RдИф, которое опре­деляется по наклону прямой ветви ВАХ диода.

В настоящее время нашли широкое применение «лавинные» кремниевые вентили (типов ВКДЛ — кремниевые, диффузион­ные, лавинные и ВКДЛВ— с водяным охлаждением). Данные вентили способны выдерживать кратковременные обратные пе­ренапряжения, благодаря чему отпадает необходимость в за­щите их от пробоя. В выпрямителях находят применение так­же диодные сборки, диодные матрицы и высоковольтные стол­бы, представляющие собой наборы соединенных между собой по определенной схеме диодов.

В схемах регулируемых, выпрямителей широкое распростра­нение получили кремниевые управляемые вентили — тиристоры, выполненные на базе четырехслойной структуры р-п-р-п. Ти­ристор может находиться в двух состояниях: закрытом и откры­том. В закрытом состоянии сопротивление тиристора велико, в открытом — незначительно (десятые, сотые доли Ома).

На рис. 2.3 представлено семейство ВАХ тиристора при раз­личных значениях тока управления. Из характеристик видно, -что при увеличении тока управления уменьшается пробивное напряжение тиристора, а при достаточно большом токе управ­ления характеристика тиристора подобна характеристике неуправляемого вентиля. Участок ОА (при токе управления, рав­ном нулю) соответствует закрытому состоянию тиристора. Учас ток ВС —открытому состоянию. Переход с участка ОА на ВС и обратно происходит лавинно. В выпрямительных устройствах тиристоры работают при напряжениях в прямом направлении, меньших напряжения переключения. Тиристоры в отличие от обычных вентилей имеют ряд дополнительных параметров:

максимально допустимое постоянное напряжение в закры­том состоянии С/зс max — максимальное значение напряжения, при котором не происходит самопроизвольного включения ти­ристора;

максимально допустимая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии du3c/dt;

критическая скорость нарастания тока в прямом направле­нии (dinp/dt)Kp;

ток удержания /уд — минимальное значение тока, при кото­ром не происходит запирания тиристора;времена включения и выключения тиристора /Вкл, *выкЛ;ток управления /у;напряжение управления С/у;мощность управления Ру.. При больших токах нагрузки иногда приходится применять параллельное включение вентилей, так как допустимые средние значения тока вентиля оказываются недостаточными.

При параллельном включении вентилей из-за несовпадения их ВАХ токи в них распределяются неравномерно (рис. 2.4).

Рис. 2.4. ВАХ вентилей при параллельном включении

Рис. 2.5. Схема параллельного включения вентилей с токоограничивающим реактором

Для выравнивания токов при параллельном включении вен­тилей в выпрямителях применяют специальные токовыравнивающие реакторы (рис. 2.5). Они в простейшем случае имеют две обмотки. Так как в контуре вторичных обмоток циркулирует один ток, то из условия равенства МДС реакторов через вен­тили протекают одинаковые токи.

Читайте также:  U 220в с защитой от токов кз перегрузки утечки авдт с10 30ма

При больших обратных напряжениях, действующих в схе­мах выпрямления, применяют последовательное включение вен­тилей. Из-за несовпадения обратных ветвей ВАХ обратные на­пряжения на вентилях распределяются неравномерно.

Рис. 2.6. Схемы последовательного включения вентилей:

А) — с рсзистнвным делителем; б )— с RC-: в) — с ftCD-цепочкой

Для выравнивания напряжений в выпрямителях применяют: резисторные делители (рис. 2.6,а); RC- (рис. 2.6,6) и RCD-цепочки (рис. 2.6,в).

Лекция 4

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Действующие значения тока

Действующие значения токаРасчет цепей переменного тока упрощается, если пользоваться понятием действующего (эффективного) значения переменного тока.

Действующее значение переменного тока равно значению такого эквивалентного постоянного тока, который, проходя через то же сопротивление, что и переменный ток, выделяет в нем за период переменного тока то же количество тепла.

Согласно ГОСТ действующие значения обозначаются прописными буквами, т. е ток I , напряжение U.

На шкалах измерительных приборов всегда наносятся действующие значения тока или напряжения.

Если ток изменяется по синусоидальному закону, то действующее значение его составляет 0,707 амплитудного значения тока, т. е.

I = ( I м : √2) = I м: 1,41 = 0,707 I м

То же соотношение имеет место и для синусоидального напряжения, т. е.

Докажем правильность приведенных соотношений. Количество тепла, выделенного постоянным током I в сопротивлении r за период переменного тока Т:

Q’ = I 2 rT

Количество тепла, выделенного переменным током в том же сопротивлении за период Т, может быть выражено через среднее значение мощности Р переменного тока

I 2 rT =РТ.

В последнем выражении согласно данному выше определению значение эквивалентного постоянного тока I равно действующему значению переменного тока. Таким образом, действующее значение тока

Мгновенная мощность при синусоидальном токе p = i 2 r = I 2 мr sin 2 ωt

или, приняв во внимание, что sin 2 α = (11 : 2) — (1 : 2) cos 2α, получим:

p = ( I 2 мr : 2) — ( I 2 мr : 2) cos 2ωt

Мгновенная мощность при синусоидальном токе может быть представлена суммой двух слагаемых постоянной ½ I 2 мr и переменной, изменяющейся по периодическому синусоидальному закону.

Среднее значение мощности синусоидального тока будет равно постоянной слагаемой

так как среднее значение за пер и синусоидальной слагаемой ½ I 2 мr cos 2ωt равно нулю.

Действующее значение переменного синусоидального тока

I = √(P : r) = √ (½ I 2 мr : r) = I м : √2 = 0,707 I м

Так как действующие значения синусоидальных токов и

напряжений в √2 раз меньше амплитудных значений, то вектор, выражающий в одном масштабе амплитудное значение, в другом масштабе представляет действующее значение той же величины. В дальнейшем выбор масштабов векторов будет производиться, исходя из действующих значений.

Пример 5-4. Вольтметр,, включенный в сеть, показал напряжение 380 в.

Определить амплитуду напряжения сети:

UM = √2 U = 1,41 • 380=536 в.

ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ О ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Любая электрическая цепь обладает параметрами: .сопротивлением r, индуктивностью L и емкостью С,

В цепи постоянного тока при неизменном напряжении будут неизмененными: ток, мощность и запас энергии в электрическом и магнитном полях.

При переменном напряжении на зажимах цепи в ней будет проходить переменный ток, будет изменяться и энергия электрического и магнитного полей. В технике встречаются цели, физические явления в которых определяются наличием одного из параметров r, L или С, тогда как другие параметры выявлены слабо и влиянием их можно пренебречь.

Например, лампу накаливания, нагревательный прибор, реостат можно рассматривать как цепь с сопротивлением r , влиянием емкости и индуктивности которой можно пренебречь.

Цепь ненагруженного трансформатора можно рассматривать как индуктивность, пренебрегая влиянием сопротивления и емкости этой цепи.

Наконец, кабель, работающий вхолостую, можно рас сматривать как емкость, так как влияние индуктивности и сопротивления этой цепи незначительны.

Статья на тему Действующие значения тока

Источник

Действующее значение тока вентиля определяет

Работа однофазных вентильных схем

1. Однополупериодная схема выпрямления

Рассмотрим простейшую схему выпрямления тока.

Рис.1. Однополупериодная схема выпрямления (а) и кривые токов и напряжений (б)

В промежутке времени (0-01) к вентилю VD подводится положительное напряжение и через вентиль протекает ток прямого направления. Этот промежуток называется проводящим полупериодом, а ток — прямым током (рис.1).

В промежутке (01-02) разность потенциалов между анодом и катодом вентиля отрицательна, и через вентиль протекает незначительный ток . Промежуток (01-02) называется непроводящим полупериодом, а ток – обратным током.

Обозначим через сопротивление вентиля в проводящем полупериоде, а через – сопротивление вентиля в непроводящем полупериоде. В промежутке (0-01) напряжение вторичной обмотки трансформатора

— падение напряжения в вентиле;

— выпрямленное напряжение на зажимах приемника энергии.

В промежутке (01-02) напряжение вторичной обмотки трансформатора

где — обратное напряжение на вентиле.

Для большинства типов вентилей обратный ток и падение напряжения незначительны и ими пренебрегают, тогда в проводящем полупериоде

а в непроводящем полупериоде

В любой вентильной схеме выпрямленный ток имеет пульсирующий характер и наряду с постоянной составляющей содержит переменную составляющую . Переменная составляющая представляет сумму высших гармоник выпрямленного тока. Аналогично, выпрямленное напряжение содержит постоянную и переменную составляющие.

Для схемы рис.1 примем следующие обозначения:

– мгновенные значения напряжений и токов первичных и вторичных обмоток трансформатора.

Мгновенное значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора

где и – действующие значения напряжений первичной и вторичной обмоток трансформатора, и – действующие значения токов первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Кривые выпрямленного тока и напряжения представляют собой полусинусоиды (рис.2), поэтому схема называется однополупериодной.

Рис.2. Кривые токов и напряжений в схеме рис.1

Мгновенное значение выпрямленного тока

В первом полупериоде

Замечание. При работе выпрямителя на нагрузку и в режиме непрерывного тока при работе на якорную цепь двигателя действительно предложенное выражение для средневыпрямленного напряжения: Средневыпрямленное напряжение преобразователя или постоянная составляющая выпрямленного напряжения – это отношение интеграла по кривой выпрямленного напряжения к периоду повторяемости.

Так как обычно напряжение сетевое задано, коэффициент трансформации

Постоянная составляющая выпрямленного, или анодного, тока

Амплитуда тока через вентиль

Амплитуда обратного напряжения

По полученным значениям

из каталога выбираем соответствующий вентиль с его эксплуатационными параметрами, заданными заводом-изготовителем (фирмой).

Сумма первичных и вторичных рабочих намагничивающих сил трансформатора в рассматриваемой схеме отличается от нуля, т.е. имеем магнитно-неуравновешенную систему. Постоянные намагничивающие силы создают постоянный магнитный поток, который может вызвать значительное насыщение магнитной системы, т.е. увеличение тока холостого хода, действующего значения первичного тока и, соответственно, расчетной мощности. Во избежание этого нежелательного явления магнитную систему трансформатора рассчитывают с учетом постоянной составляющей потока.

Увеличенная расчетная мощность трансформатора и наличие значительных высших гармоник в выпрямленном токе ограничивают широкое распространение рассматриваемой вентильной схемы [1,2,3,4].

2. Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока

Вентильные схемы с нулевым выводом характеризуются тем, что токи во вторичных обмотках имеют одно направление и поэтому содержат постоянную и переменную составляющие. В зависимости от наличия броневой или стержневой магнитной системы для полной компенсации намагничивающих сил трансформатора обмотки следует располагать по-разному.

В дальнейшем будем рассматривать однофазную двухполупериодную однотактную схему, представленную на рис.3,а, при этом подразумевается, что в схемах рис.3,а и рис.3,б электромагнитные процессы протекают одинаково, т.е. обе схемы магнитно уравновешены.

Рис.3. Двухполупериодная однотактная вентильная схема: а – с броневой магнитной системой; б – со стержневой магнитной системой

Вторичная обмотка трансформатора имеет секции и с напряжениями и , сдвинутыми по фазе на 180 0 .

Для напряжений секций и трансформатора имеем

где – действующее значение напряжения одной секции вторичной обмотки трансформатора.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения

Действующие значения напряжения через коэффициент схемы

Постоянная составляющая выпрямленного тока

а постоянная составляющая тока через один вентиль

Читайте также:  Пропадает ток в генераторе

Амплитуда тока вентиля

Когда вентиль 1 закрыт, на его катод с помощью токопроводящего вентиля 2 подается напряжение .

Поэтому обратное напряжение на вентиле

а его амплитуда

Мгновенное значение первичного тока

Так как ток меняется синусоидально, его действующее значение

Параметры трансформатора и вентилей несколько изменяются при работе выпрямителя на нагрузку , когда .

Действующее значение тока вторичной обмотки

Действующее значение напряжения вторичной обмотки

тогда мощность трансформатора

Амплитуда анодного тока вентиля .

Остальные параметры вентилей такие же, как и при .

Рис.4. Кривые токов и напряжений двухполупериодной однотактной вентильной схемы: – кривые токов и напряжений приведены на осях 2,3,4,5,6; — 7,8,9,10

3. Работа схемы рис.3 на активную нагрузку при углах управления

Пусть в момент времени , т.е. с задержкой на угол относительно перехода напряжения через нуль (точка естественного включения вентиля 1), на управляющий электрод вентиля подается управляющий импульс (рис.5). Тогда вентиль включится и в нагрузке начнет протекать ток под воздействием напряжения . Начиная с этого же момента, к вентилю будет приложено обратное напряжение , равное разности напряжений

двух вторичных полуобмоток.

Рис.5. Диаграммы токов и напряжений однофазного выпрямителя при активной нагрузке и угле

Вентиль будет находиться в проводящем состоянии до тех пор, пока ток, протекающий через него, не спадет до нуля. Так как нагрузка активная и форма тока, проходящего через нагрузку, повторяет форму напряжения , то вентиль включится в момент

Поскольку через половину периода полярность напряжения на вторичной обмотке изменяется на противоположную, то при подаче управляющего импульса на вентиль в момент

он включится. Затем указанные процессы повторяются в каждом периоде.

Угол , называемый углом управления или регулирования, отсчитывают относительно моментов естественного включения вентилей ( ), соответствующих моментам включения неуправляемых вентилей в схеме.

Из рис.5 видно, что с увеличением угла среднее значение выходного напряжения будет уменьшаться.

Аналитически эта зависимость будет выражаться следующей формулой:

Обозначив через найденное по выражению (9) среднее значение выпрямленного напряжения для неуправляемого выпрямителя ( ), получим средне выпрямленное напряжение для активной нагрузки:

Кривая 1 на рис.6 находится по выражению (19).

Среднее значение выпрямленного тока

В соответствии с (19) изменение угла от 0 до приводит к изменению среднего значения выходного напряжения от до нуля.

Зависимость среднего значения выходного напряжения от угла управления называется регулировочной характеристикой вентильного преобразователя.

Рис.6. Регулировочные характеристики однофазного двухполупериодного выпрямителя: 1 – при активной нагрузке; 2 – при активно-индуктивной нагрузке

Заштрихованная область на рис.6 соответствует семейству регулировочных характеристик при различных значениях отношения

Если накопленной в индуктивности энергии окажется достаточно, чтобы обеспечить протекание тока до очередной коммутации вентилей, то будет иметь место режим работы с непрерывным током . При

режим непрерывного тока будет существовать при любых углах в диапазоне от 0 до (кривая 2 на рис.6).

Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. – М.: Высш. шк., 1980. – 424 с.

Каганов И.Л. Промышленная электроника. – М.: Высш. шк., 1968. – 560 с.

Зиновьев Г.С. Основы преобразовательной техники. – Новосибирск: НЭТИ, 1981. – 115 с.

Архангельский Н.Л., Курнышев Б.С. Характеристики полупроводниковых преобразователей/ Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 2000. – 72 с.

1. За счет чего изменяется величина тока через вентиль в однополупериодной схеме с и ?

2. Что такое регулировочная характеристика вентильного преобразователя?

3. Когда применять уравнения граничных кривых регулировочной характеристики?

4. Чем обусловлена разница в мощности трансформатора при активной и активно-индуктивной нагрузке?

5. Два выпрямителя, показанные на рис.1 и рис.3 имеют одно и то же среднее напряжение на выходе

Сопоставить токи нагрузки диодов и обратные напряжения, если известно, что

6. Для схемы рис.3 найти разницу между амплитудами (анодного) нагрузочного тока вентиля при активной и индуктивной нагрузке, если известно, что

7. Найти мощность трансформатора схемы рис.1 и рис.3, если известно, что

Источник



Работа однофазных вентильных схем 3 страница

Замечание. Если по какой-нибудь причине вентиль 2 не включится, то вентиль 1 выключится не в точке 01, а позже. Следовательно, причиной выключения вентиля 1 в точке 01 является включение очередного вентиля 2.

В промежутке (01-02) ток пропускает вентиль 2. В точке 02 включается вентиль 3 и выключается вентиль 2 и т.д. Каждый вентиль пропускает ток в течение периода, равного 120 0 ( ), поэтому число пульсаций выпрямленного напряжения равно трем.

Рис. 2. Кривые токов и напряжений при ( )

Когда выключен вентиль 1, к нему на интервале проводимости вентиля 2 приложено линейное напряжение , а на интервале проводимости вентиля 3 – напряжение .

Среднее значение выпрямленного напряжения найдем путем интегрирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора в интервале повторяемости формы выпрямленного напряжения:

где – действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Зная напряжение первичной сети , находим коэффициент трансформации:

Постоянная составляющая выпрямленного тока

а постоянная составляющая тока одного вентиля

Амплитуда анодного тока вентиля

Когда вентиль заперт, на его зажимах действует линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора, поэтому амплитуда обратного напряжения

При выпрямленный ток идеально сглажен и кривые фазных токов имеют прямоугольную форму (рис.3). В этом случае кривые выпрямленного напряжения Ud и обратные напряжения на вентилях остаются такими же, как и при работе на активную нагрузку, а значения токов становятся равными (действующее значение тока вторичной обмотки):

Рис.3. Кривые токов при

По кривой первичного фазного тока (ось 4) определяем его среднее значение

По кривой первичного линейного тока (рис.3, ось 6) находим его действующее значение

Полученные выражения справедливы для любого способа соединения первичной обмотки трансформатора (звездой или треугольником).

На рис.4 приведена трехфазная однотактная вентильная схема, в которой вторичная обмотка трансформатора соединена зигзагом. На каждом стержне магнитной системы, кроме первичной обмотки, расположены две секции вторичной обмотки, в которых протекают токи противоположного направления. Поэтому взаимно компенсируются магнитные силы, соответствующие постоянным составляющим этих токов, а также гармоникам с порядковыми номерами, кратными трем, и схема магнитно уравновешена.

Рис.4. Трехфазная вентильная схема «звезда – зигзаг»

Пусть угол управления . Отпирающие импульсы приходят на вентили поочередно с задержкой на угол управления относительно моментов прохождения через ноль синусоид линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора. При угле в зависимости от характера нагрузки и значения угла в данной схеме могут иметь место различные режимы работы (рис.5).

Если угол изменяется в диапазоне от 0 до , то как при активно-индуктивной, так и при чисто активной нагрузке выпрямленный ток является непрерывным. Среднее значение выпрямленного напряжения в этой области углов при различном характере нагрузки описывается одним аналитическим выражением:

Рис.5. Диаграммы токов и напряжений при

При угле кривая мгновенных значений выпрямленного напряжения доходит в моменты переключения вентилей до нуля. Такой режим работы называется гранично-непрерывным.

Дальнейшее увеличение угла при активной нагрузке приводит к прерыванию выпрямленного тока id и появлению в выпрямленном напряжении ud участков с нулевым значением (рис.6,б). Интервал проводимости тока вентиля становится меньше .

Среднее значение напряжения в этом случае выражается следующим образом (кривая 1 на рис.7):

Рис.6. Диаграммы токов и напряжений при углах и

При активно-индуктивной нагрузке за счет энергии, запасаемой в индуктивности , выпрямленный ток продолжает протекать в нагрузке и при переходе выпрямленного напряжения в зону отрицательных значений. Если накопленной в индуктивности энергии окажется достаточно, чтобы обеспечить протекание тока до очередной коммутации вентилей, то будет наблюдаться режим работы с непрерывным током .

При режим непрерывного тока будет иметь место при любых углах в диапазоне от 0 до . В этом случае среднее значение выходного напряжения можно определить по формуле

Когда угол становится равным , площади положительного и отрицательного участков кривой выпрямленного напряжения становятся равными, что свидетельствует об отсутствии постоянной составляющей в выпрямленном напряжении, или, иначе говоря, среднее значение Ed становится равным нулю (кривая 2 на рис.7).

Читайте также:  Катушка как датчик тока

Рис.7. Регулировочные характеристики трехфазного нулевого выпрямителя:.1 – при активной нагрузке; 2 – при активно-индуктивной нагрузке

Заштрихованная область соответствует семейству регулировочных характеристик в режимах прерывистого тока id при различных значениях отношения Ld/Rd.

Примем индуктивность Ld настолько большой, ток нагрузки i до момента отпирания следующего вентиля не успевает пройти через нуль. Когда ток через нуль не проходит, он нарастает от интервала к интервалу и устанавливается в течение ряда периодов.

В трехфазной нулевой (однотактной, ) схеме к нагрузке подключено напряжение

где , а угол естественного включения вентилей при составляет .

Ток через нагрузку определяется дифференциальным уравнением

Общий интеграл решения уравнения (9)

где ; — угол нагрузки; – постоянная интегрирования, определяемая в каждом конкретном случае из начальных условий.

Для определения тока в любом интервале времени удобно воспользоваться разностными уравнениями.

В общем случае к нагрузке может быть подключено напряжение с противо-ЭДС:

где – противо-ЭДС, например, аккумуляторная батарея или якорь двигателя постоянного тока.

При воздействии противо-ЭДС можно получить режим прерывистых токов, где уравнения (9) и (10) недействительны, т.к. .

При непрерывный режим тока имеет место при любых соотношениях и , и ничем не отличается от случая активной нагрузки при . При дальнейшем увеличении угла управления непрерывный режим тока сохраняется только при значительном преобладании индуктивности . Для без большой погрешности ток нагрузки можно считать идеально сглаженным. Поскольку в простейшей схеме токи вторичных обмоток имеют пульсирующий характер и содержат постоянные составляющие, то в магнитной системе трансформатора возникает ток вынужденного подмагничивания, который может вызвать насыщение трансформатора. Это обстоятельство вызывает необходимость завышать расчетную мощность трансформатора.

1. 1. Розанов Ю.К. Основы силовой преобразовательной техники. – М.: Энергия, 1979. – 392 с.

2. 2. Архангельский Н.Л., Курнышев Б.С. Характеристики полупроводниковых преобразователей/ Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 2000. – 72 с.

1. Как влияет ток вынужденного подмагничивания на согласующий трансформатор?

2. Какие преимущества дает схема соединений вентильных обмоток трансформатора «звезда – зигзаг»?

3. В каких пределах угла регулирования выпрямленный ток непрерывен от нагрузки?

4. Как влияет характер нагрузки на регулировочные характеристики?

5. В нулевом трехфазном выпрямителе задано , . Определить действующее значение напряжения на вентильной обмотке трансформатора ( ), средний ток , среднее и амплитудное значения тока через тиристор.

6. В нулевом трехфазном выпрямителе задано , , . Найти коэффициент трансформации , среднее и действующее значения тока первичной обмотки трансформатора.

7. Построить регулировочную характеристику выпрямителя, если известно, что угол нагрузки и при заданной нагрузке определить максимальный угол управления.

8. Найти средний выпрямленный ток нагрузки , если известно, что , , при нагрузке: а) ; б)

Трехфазная вентильная схема (схема Ларионова)

Трехфазная двухтактная вентильная схема

Кривые токов и напряжения при

Диаграммы токов и напряжений при углах

Диаграммы напряжений при углах и

Вентили 1,3,5 образуют катодную, а вентили 2,4,6 – анодную группы (рис.1). Из катодной группы ток пропускает тот вентиль, к аноду которого подводится большее положительное напряжение.

Замечание. Следует отметить, что нумерация вентилей в данной схеме носит не случайный характер, а соответствует порядку их вступления в работу при условии соблюдения фазировки трансформатора (рис.1).

Рис.1. Трехфазная двухтактная вентильная схема

В любом промежутке времени должны быть включены два вентиля – один из катодной, а другой из анодной группы. Поочередная работа различных пар вентилей в схеме приводит к появлению на сопротивлении выпрямленного напряжения, состоящего из частей линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора (ось 2 на рис.2) [1, 2].

Из рис.2 (оси 1 и 2) видно, что моменты коммутации совпадают с моментами прохождения через нуль линейных напряжений (когда равны два фазных напряжения).

В промежутке (0-01) наибольшее положительное значение имеет напряжение , подаваемое к аноду вентиля 1, а наибольшее отрицательное значение – напряжение , подводимое к катоду вентиля 6. Следовательно, в этом промежутке одновременно включены вентили 1 и 6. Через вентиль 1 положительное напряжение подводится к нижнему зажиму, а через вентиль 6 отрицательное напряжение подводится к верхнему зажиму сопротивления . Поэтому выпрямленное напряжение

Рис.2. Кривые токов и напряжения при

В точке 01 напряжение , поэтому из анодной группы включается вентиль 2. Так как правее точки 01 напряжение имеет наибольшее отрицательное значение, вентиль 6 выключается. В промежутке (01-02) одновременно включены вентили 1 и 2 и выпрямленное напряжение

Очевидно, что амплитуда выпрямленного напряжения

К каждому закрытому вентилю приложено линейное напряжение, поэтому амплитуда обратного напряжения

Число пульсаций выпрямленного напряжения .

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения (среднее значение) вычисляется для интервала повторяемости выпрямленного напряжения, равного :

где – действующее значение фазного напряжения вторичных обмоток трансформатора.

Действующее значение тока вторичной обмотки (ось 6)

Действующее значение тока первичной обмотки

Максимальное значение тока вентиля

Среднее значение тока вентиля

Действующее значение тока вентиля

Пусть угол управления . В трехфазной мостовой схеме на управляемых вентилях отпирающие импульсы поступают с задержкой на угол относительно нулей линейных напряжений или моментов пересечения синусоид фазных напряжений (рис.3).

В результате задержки моментов коммутации тиристоров на угол среднее значение выпрямленного напряжения, образованного из соответствующих частей линейных напряжений, снижается.

До тех пор, пока кривая мгновенных значений выпрямленного напряжения остается выше нуля, что соответствует диапазону изменения угла управления , выпрямленный ток будет непрерывным вне зависимости от характера нагрузки. Поэтому при углах среднее значение выпрямленного напряжения для активной и активно-индуктивной нагрузки будет равно

При углах и активной нагрузке в напряжении и токе появляются интервалы с нулевым значением (рис.4), т.е. наступает режим работы с прерывистым выпрямленным током.

Среднее значение выпрямленного напряжения для этого случая может быть выражено следующим образом:

Рис.3. Диаграммы токов и напряжений при углах

Замечание. В режиме с прерывистым током для обеспечения работы данной схемы, а также для ее первоначального запуска на вентили схемы следует подавать сдвоенные отпирающие импульсы с интервалом или одиночные, но с длительностью, большей, чем . Это объясняется тем, что для образования замкнутой цепи протекания тока id необходимо обеспечить одновременное включение вентиля анодной группы и вентиля катодной группы.

Рис.4. Диаграммы напряжений при углах и

При изменении угла от 0 до регулировочная характеристика для активной и активно-индуктивной нагрузки описывается формулой

При активно-индуктивной нагрузкке и углах , если или отношение таково, что обеспечивается режим непрерывного тока , среднее значение выпрямленного напряжения также определяется по формуле

При среднее значение становится равным нулю, значит, это соответствует равенству площадей положительного и отрицательного участков кривой выпрямленного напряжения, что свидетельствует об отсутствии в нем постоянной составляющей (кривая 2 на рис.5).

Начиная с угла при активной нагрузке регулировочная характеристика описывается формулой (кривая 1 на рис.5)

Рис.5. Регулировочные характеристики: 1 – при активной нагрузке; 2 – при активно-индуктивной нагрузке

Заштрихованная область на рис.5 соответствует семейству регулировочных характеристик в режиме с прерывистым током id при различных значениях .

Примем индуктивность настолько большой, что ток нагрузки до момента отпирания следующего вентиля не успевает пройти через нуль. Когда ток через нуль не проходит, он нарастает от интервала к интервалу и устанавливается в течение ряда периодов (обычно трех, четырех).

В трехфазной мостовой схеме к нагрузке подключено напряжение

где , а угол естественного включения вентилей при составляет .

Ток через нагрузку определяется дифференциальным уравнением

Общий интеграл решения уравнения (9)

где ; — угол нагрузки; — постоянная времени цепи нагрузки; – постоянная интегрирования, определяемая в каждом конкретном случае из начальных условий.

Дата добавления: 2015-12-22 ; просмотров: 756 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник