Коммутационные процессы в однофазном нулевом выпрямителе.

В отличие от выпрямителей малой мощности в выпрямителях средней и большой мощности возрастает э.д.с. первичной и вторичной обмотках трансформатора создаваемых их магнитными потоками рассеяния.

Индуктивность рассеяния сказывается на процессе перехода тока нарузки с одного вентиля выпрямителя на другой( процесс коммутации ). В маломощных выпрямителях интервал коммутации занимает короткий промежуток времени и их можно не учитывать.

а)

б)

Рис.1

В выпрямителях средней и большой мощности интервал коммутации ( угол γ), занимает значительную часть рабочих процессов. Коммутационные процессы оказывают существенное влияние на работу выпрямителя. Влияние индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора L_S1,L_S2, а при более точных расчетах – и индуктивности питающей сети Lc, учитывается суммарной индуктивностью L_a= L_S2 + (L_{S1 +} L_C) ( )² , или суммарным индуктивным сопротивлением Xa = 2 f La, приведенной к вторичной обмотке трансформатора.

Нагрузка выпрямителя (рис.1а) принимается активно – индуктивной с Lн→ . Временные диаграмы, поясняющие влияние коммутационных процессов в схеме выпрямителя, приведены на рис. 1б.

При подаче отпирающего импульса на очередной тиристор выпрямителя по истечении интервала индуктивные сопротивление X_a1 и X_a2 затягивают процесс уменьшения до нуля тока проводивщего тиристора и наростания до значения Id тока тиристора, вступающего в работу. В результате на интервале коммутации γ в проводящем состоянии одновременно находятся оба тиристора выпрямителя T1, T2. Эти тиристоры создают короткозамкнутый контур для последовательно соединенных вторичных обмоток транзистора с суммарнным напряжением 2U₂ и сопротивлением X_a1 + X_a2. Если считать X_a1 = X_a2, ток каждому из этих сопротивлений прикладывается напряжение U₂.

Напряжение Ud на интервале γ определяется выражением

U_d = ( U_2-1+ U_2-2)/2.

Так как напряжения относительно нулевого вывода обмотки U_2-1 = - U_2-2, то на интервале коммутации U_d = 0 ( рис. 1б ) . Таким образом, среднее значение напряжения U_d будет меньше, чем при γ = 0.

Для U_d действительно соотношение

Ud = U_do cos - U ,

где - среднее значение напряжения на нагрузке при в режиме холостого хода (без учета коммутаций);

- усредненное коммутационное снижение напряжения за период.

Величину находят из выражения

= .

Уменьшение до нуля тока тиристора T₂ и возрастание до величины Id тока тиристора T_1, осуществляется под воздействием тока коммутации i_k

. ( 1.1 )

Интервал коммутации γ заканчивается при достижении током i_a1 величины Id.

Подставив в выражение ( 1.1 ) i_k = I_d ,получим

cos – cos( + ) = . ( 1. 2 )

На основании полученных выражений можно определить среднее значение напряжения управляемого выпрямителя с учетом коммутации:

( 1.2 )

Уравнение ( 1.2 ) описывает внешние характеристики управляемого выпрямителя. Для различных значений угла управления они представляются семейством параллельных прямых (рис . 2 ).

Наклон характеристик зависит от величины приведенного к вторичной обмотке трансформатора суммарного реактивного сопротивления Xa.

Рис.2

Уменьшение напряжения на нагрузке U_d с ростом тока I_d обьясняется увеличением коммутационного падения напряжения вследствии возрастания угла коммутации .

Ток i₁ на внекоммутационных интервалах определяется токами тиристоров i_a1 и i_a2 (с учетом коэффициента трансформации ) ,а на этапах комутации – их разностью.

Фазовый сдвиг первой гармоники тока i₁₍₁₎ относительно напряжениия питания составляет

.

С учетом угла к тиристору при запирании прикладывается скачек обратного напряжения