Мостовой управляемый выпрямитель трехфазного тока

9.1. Мостовой симметричный управляемый выпрямитель трехфазного тока.

Aнализ схемы выпрямителя (Рис.1а) проведем при а затем укажем их влияние

При наличии большой индуктивности в цепь нагрузки задержка вступления в работу очередных тиристоров создает задержку на такой же угол α моментов запирания проводящих тиристоров.

В кривой выпрямительного напряжения создаются вырезки, вследствие чего среднее значение напряжения уменьшается (Рис.1б). Таким образом, при изменении угла α осуществляется регулирование величины .

При изменении угла α в диапазонах от до , форма кривой напряжения и его среднее значение одинаковы как при активной, ток и при активно- индуктивной нагрузках.

При вид кривой зависит от характера нагрузки . В случае ток продолжает протекать через тиристоры и вторичные обмотки трансформатора после изменения полярности их линейного напряжения, в связи с чем в кривой появляется участок линейных напряжений отрицательной полярности (Рис.2).

Коэффициент мощности выпрямителя при и

.

Для улучшения коэффициента мощности в схему вводят нулевой вентиль (Рис.1) который вступает в работу при , т.е. когда кривая мгновенных значений выпрямленного напряжения меняет знак. Напряжение в период работы равно нулю, а трансформатор обесточивается и ток его обмоток имеет разрывной характер.

исключает возможность возврата в питающую сеть энергии, накопленной в магнитном поле дросселя , и тем самым улучшает коэффициент мощности выпрямителя.

При изменении угла от до переход напряжения с одного линейного напряжения на другое осуществляется в пределах положительной полярности участков линейных напряжений (Рис.3).

Для и в случае активно-индуктивной нагрузки ток продолжает протекать через тиристоры и вторичные обмотки трансформатора после изменения полярности их линейного напряжения, в связи с чем в кривой появляется участки линейных напряжений отрицательной полярности. При эти участки продолжаются до моментов очередного отпирания тиристоров (временные диаграммы для углов управления и при , самостоятельно).

Равенству площадей участков и условию соответствует угол . Значение этого угла характеризует нижний предел регулирования напряжения при ,.

При активной нагрузке участки напряжения отрицательной полярности отсутствуют и в кривой при появляются нулевые паузы. Напряжению для активной нагрузки будет отвечать значение угла .

Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от угла (регулировочная характеристика Рис.4) при , может быть найдена на интервале усреднением кривой .

т.е. она определяется тем же соотношением, что и в однофазных схемах.

Участок регулировочной характеристики при активной нагрузке ( ,) на интервале находят из выражения

Кривые активных токов и токов обмоток трансформатора при , имеют фазовый сдвиг (отставания относительно напряжения) .

Максимальное обратное напряжение на вентилях выпрямителем

9.2. Трехфазный мостовой несимметричный управляемый выпрямитель.

Схема трехфазного несимметричного управляемого выпрямителя содержит три тиристора в катодной группе и три диода в анодной группе.

Несимметричная схема (Рис.6) находит широкое применение в выпрямителях не большой мощности.

При увеличении угла в кривой выпрямленного напряжения в отличие от симметричной мостовой схемы отрицательные участки появляются.

При переходе положительной полуволны напряжения работающего тиристора через нуль, например 1, он продолжает проводить ток с вступающим в работу диодом 4 этой же фазы.

Цепь нагрузки зашунтирована элементами 1,4 и напряжение на нагрузке равно нулю. Этот интервал длится до вступления в работу очередного тиристора 2.

В кривой выпрямленного напряжения появляются паузы от момента перехода положительной полуволны питающего напряжения через нуль до вступления в работу очередного тиристора. При тиристоры оказываются полностью заперты, и напряжение равно нулю.

Среднее значение выпрямленного напряжения при изменении угла

Особенностью работы схемы при активно-индуктивной нагрузке и диапазона регулирования ( ) является то, что снятии сигнала управления не удается обеспечить закрытие всех тиристоров. При снятии сигнала управления происходит запирание двух тиристоров, а третий остается открытым за счет э.д.с. самоиндукции нагрузки, и через него протекает ток нагрузки. Это приводит к снижению диапазона регулирования напряжения и ухудшению использования вентилей по току.

Для повышения эффективности схемы в нее вводят нулевой вентиль (Рис.6) шунтирующий нагрузку. При наличии нулевого вентиля индуктивность разряжается через него и не препятствует запиранию тиристоров.

Если угол управления нулевой вентиль всё время заперт и необходимость в нем отпадает.

Коэффициент мощности несимметричных мостовых схем выше, чем симметричных. Это объясняется тем, что энергия, накопления в индуктивности нагрузки, рассеивается в нагрузочном сопротивлении через вентили одной фазы, минуя цепи выпрямителя.

9.3. Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель с учетом коммутационных процессов.

Коммутационные процессы в таком выпрямителе вызваны индуктивными сопротивлениями (Рис.7).

Коммутационные процессы обусловлены переходом тока с тиристора заканчивающего работу, на тиристор, вступающий в работу той же тиристорной группы. Каждый такой коммутационный процесс начинается в момент подачи отпирающего импульса. Коммутация токов продолжается в течении интервала .

Напряжение на этапах коммутации за счёт падения напряжения на реактивных сопротивлениях уменьшаются.

Коммутационное падения напряжения к моменту начала коммутации имеет отстающий фазовый сдвиг на угол относительно точек естественного отпирания вентилей.

Коммутационный ток тиристоров

Подставляя (1,2) а (1,1) находим

Среднее значение напряжения на нагрузке с учетом явления коммутации

Соотношение (1,3) является уравнением внешних характеристик трехфазного управляемого выпрямителя.

Как и в однофазных схемах, первые гармоники кривых первичных и вторичных токов при коммутационных процессах, имеют фазовый сдвиг (Рис. 7), равный

Процессы коммутации не сказываются на величинах прямого и обратного напряжений на тиристоре, которые остаются равными

Отличие тока от синусоиды свидетельствует о том, что выпрямитель для питающей сети переменного тока является генератором некоторого спектра высших гармонических, которые отрицательно оказывают воздействие выпрямителя на сеть переменного тока.

Протекание высших гармонических тока по обмоткам генераторов, питающих сеть, вызывают в них дополнительные потери мощности и нагрев. Дополнительные потери создаются в передающей линии и промежуточных трансформаторах.

Падение напряжения от высших гармонических на внутренних сопротивлениях, питающей сети, вызывает искажение формы кривой напряжения питания, что оказывает вредное влияние на работу других потребителей.

Для исключения влияния высших гармонических на питающую сеть, применяют сетевые фильтры.