Эффект коммутации в выпрямителях

Если в выпрямителях малой мощности процесс коммутации тока вентиля близок к идеальному, то в выпрямителях средней и большой мощности
(P₀ ≥ 2 кВт) характер коммутации определяется индуктивностью рассеяния преобразовательного трансформатора (см. рис. 4.5, а). Изменение тока в фазах выпрямителя происходит постепенно, в течение промежутка времени, определяемого углом γ, который называют углом коммутации [5].

Выпрямители средней и большой мощности обычно работают на фильтр
с индуктивной реакцией. При большом значении величины L₀ в интервале коммутации i₀ = i_2a+ i_2b = I₀ = const. Следовательно, di_2a= –di_2b. Для интервала коммутации по второму закону Кирхгофа составляем баланс напряжений:

(4.18)

Решение этих уравнений даёт следующие результаты:

– мгновенное значение напряжения на входе фильтра в интервале коммутации

(4.19)

а по окончании коммутации u_0,γ совпадает с кривой фазной ЭДС e₂ (рис. 4.5, б);

– ток фазы, прекращающей работу в интервале коммутации:

(4.20)

а по окончании коммутации i_2a = 0;

– ток фазы, вступающей в работу в интервале коммутации:

(4.21)

а по окончании коммутации i_2в = I₀ (рис. 4.5, б);

– угол коммутации γ зависит от амплитудного Е_2м.лин значения линейного напряжения, величины L_S, тока I₀ и частоты ω = 2πf питающей сети:

; (4.22)

– среднее значение выпрямленного напряжения

(4.23)

при m₂ ≥ 2 и p = 1.

С учётом активного сопротивления потерь R_П и числа тактов выпрямления р при m₂ ≥ 1

. (4.24)

Величина U₀ находится по формуле (4.3) и может рассматриваться как значение выпрямленного напряжения в режиме холостого хода (U₀ = U_0х.х). Величина играет роль внутреннего сопротивления выпрямителя. Поэтому уравнение внешней характеристики выпрямителя U₀(I₀) на основании выражения (4.24) будет иметь вид

, (4.25)

где R_L – омическое сопротивление индуктивного фильтра. Изменение величины L_S приводит к изменению наклона внешней характеристики выпрямителя.

Увеличение угла γ коммутации приводит к возрастанию коэффициента пульсаций на входе фильтра и к отставанию по фазе токов i_2a, i_2b, i_2c от соответствующей фазной ЭДС е₂. В результате снижается коэффициент мощности выпрямителя . Уменьшается также действующее значение тока вентильной обмотки.

Следует помнить, что наличие L_S в фазах выпрямления приводит к возникновению импульсных повторяющихся перенапряжений (так называемых «иголок» – рис. 4.5, г), которые могут пробить вентили. Для устранения этих явлений параллельно вентилю VD следует включать демпфирующую RC-це­почку.