Полууправляемый трехфазный выпрямитель

На рис.44.9, а представлена полууправляемая мостовая схема выпрямления, в которой три вентиля управляемые, а три – неуправляемы. На рис.44.9, б-г показаны диаграммы выпрямленного напряжения и сетевого тока. При α = 0 эл.град. выпрямленное напряжение формируется как в неуправляемом выпрямителе. При α ≤ 30 эл.град процесс выпрямления протекает следующим образом. В момент ( , где ω – угловая частота, t – время) отпирается вентиль VS1, и ток нагрузки до момента протекает через вентили VS1 и VD2. В момент ток нагрузки переходит с вентиля VD2 на вентиль VD3, так как катод последнего становится более отрицательным. Управляемый вентиль пропускает ток до момента , когда подается импульс на управляющий электрод вентиля VS2. При α > 30 эл.град. процессы изменяются. В момент подан управляющий импульс на вентиль VS3, ток нагрузки пропускают вентили VS3 и VD2. В момент напряжение между анодом и катодом вентиля VS3 оказывается равным нулю, и он запирается. Напряжение на нагрузке становится равным нулю до момента следующего отпирания управляемого вентиля. В случае активно-индуктивной нагрузки напряжение на интервале так же равно нулю, так как ток, обусловленный энергией, накопленной в нагрузке, замыкается через диод VD3 и вентиль VS3, отключая нагрузку от сети.

Рис.44.9. Схема полууправляемого выпрямителя

Зависимость выпрямленного напряжения от угла регулирования для обоих режимов работы имеет вид

, (44.9)

где – напряжение холостого хода на нагрузке при α = 0; U₂ – действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора; α – угол отпирания тиристоров.

При α = 0 эл.град. справедливы следующие соотношения трехфазной мостовой схемы выпрямления:

– среднее и максимальное значения анодного тока вентиля

; (44.10)

– обратное напряжение вентиля равно:

. (44.11)

Действующие значения вторичного и первичного тока трансформатора соответственно равны

. (44.12)

Типовая мощность трансформатора равна

, (44.13)

где – суммарная мощность цепей накала, питаемых от данного трансформатора.

Расчет выпрямителя ведется в следующем порядке:

1. Напряжение холостого хода выпрямителя

. (44.14)

2. Коэффициент К₀ = (1,1 + 1,3) учитывает потери напряжения в схеме выпрямителя. При низком U_d величину К₀ принимают больше, чем при высоком U_d.

3. Выбираются вентили с учетом выражений (44.10, 44.11).

4. Определяется типовая мощность трансформатора по (44.13). Если имеется цепь накала, то мощность накала добавляется к типовой мощности.

5. Подбирается типовой трансформатор, для которого известны напряжение короткого замыкания U_к % и cos φ_к. Для трансформатора, установленного на стенде, U_к = 5,8 %, cos φ_к = 0,92.

6. Определяется активное сопротивление трансформатора:

, (44.15)

где – число вторичных обмоток трансформатора.

7. Индуктивное сопротивление трансформатора

. (44.16)

8. Определяется падение напряжения на R_тр и х_тр:

, (44.17)

где n₁ – число фаз вторичной обмотки, через которые последовательно протекает ток нагрузки I_d; m – число фаз выпрямителя, для мостовой схемы m = 6.

При наличии дросселя сглаживающего фильтра определяется падение напряжения ∆U_ф.

Для мощных выпрямителей: .

После нахождения всех потерь в выпрямителе определяют точное значение напряжения холостого хода:

, (44.18)

где ∆U_а – падение напряжения на вентилях, через которые последовательно протекает ток нагрузки. В мостовой схеме I_d протекает последовательно через два вентиля, а в схеме с регулированием на первичной стороне – через четыре вентиля.

КПД выпрямителя без учета потерь в цепях собственных нужд выпрямителя и потерь в сердечнике трансформатора равен

. (44.19)

Нагрузочные характеристики полууправляемого выпрямителя определяются выражением

, (44.20)

для мостовой схемы первое слагаемое имеет вид .