Управляемые выпрямители. В большинстве случаев применения выпрямителей приходится решать задачу регулирования напряжением на нагрузке выпрямителя при помощи управляемых вентилей (УВ)
В большинстве случаев применения выпрямителей приходится решать задачу регулирования напряжением на нагрузке выпрямителя при помощи управляемых вентилей (УВ) – тиристоров. Структурная схема УВ (рис. 4.6, а) отличается от структурной схемы неуправляемого выпрямителя тем, что блок неуправляемых вентилей заменен на регулируемый вентильный блок РВБ и введена система управления (СУ), синхронизируемая напряжением сети.
Регулирование выпрямленного напряжения U0,a при помощи тиристоров основано на сдвиге момента включения управляемого вентиля по сравнению
с началом работы неуправляемого вентиля (рис. 4.6, в). Соответствующий этому сдвигу угол называют углом включения a. Очевидно, что a можно регулировать в пределах положительной полуволны напряжения u1, т. е. 0 ≤ α ≤ p. При этом если тиристор включается при a = 180°, то напряжение U0,a = 0. Такой способ регулирования называется фазоимпульсным.
Способность УВ изменять выпрямленное напряжение оценивают по его регулировочной характеристике, представляющей собой зависимость среднего значения выпрямленного напряжения U0,α от угла включения.
а |
в |
б |
Рис. 4.6. Структурная схема выпрямителя (а), схема простейшего УВ (б)
и графики напряжений на его входе и выходе (в) при резисторной нагрузке
без фильтра; Uуи – управляющие импульсы для тиристоров РВБ
Для общности результатов регулировочную характеристику U0,α = f(α) часто представляют в нормированном виде [5]:
, (4.26)
где – напряжение при угле включения, равном нулю
(m2 ³ 2).
г |
в |
(рис. 4.7, г), в которых одна группа вентилей (анодная или катодная) заменена на диоды. В УВ с индуктивной нагрузкой для улучшения энергетических характеристик вводится нулевой (ответвляющий) диод VD0 (рис. 4.7, б, д).
а |
б |
Рис. 4.7. Схемы УВ: однофазная со средней точкой (а) и ответвляющим диодом (б); однофазная двухтактная (мостовая) симметричная (в), несимметричная (г); трехфазная двухтактная мостовая (д) |
A B C N |
д |
(рис. 4.7, в) и трехфазная (рис. 4.7, д) мостовые схемы. Трёхфазная двухтактная (мостовая) схема выпрямления (неуправляемая или управляемая) может быть представлена последовательным соединением двух однотактных схем, питаемых от одной группы вентильных обмоток трансформатора (рис. 4.8, а). Как и
в однотактном УВ, возможны режимы непрерывного и прерывистого тока
(рис. 4.8, б, в), причём критический угол включения
(4.27)
Уравнение регулировочной характеристики в нормированной форме для схемы (рис. 4.8, а)
при 0 £a £ aкр. и при a > aкр. (4.28)
Частота пульсаций fп(1) основной гармоники выпрямленного напряжения, как и в неуправляемом выпрямителе, равна m2pf1 = 6f1 (рис. 4.8, в). Зависимость (рис. 4.8, г) коэффициента пульсаций Кп(1) от угла регулирования α свидетельствует о быстром росте Кп(1) с увеличением a. Для однофазной двухтактной схемы УВ уравнение регулировочной характеристики
при αкр = 0. (4.29)
При индуктивной реакции нагрузки (pm2wL0 >> R0) регулировочная характеристика в нормированной форме для симметричных двухтактных выпрямителей описывается уравнением .
Для УВ средней и большой мощности характерен режим, когда потребляемый ими ток i1 несинусоидален, а его первая (основная) гармоника i1,1 смещена относительно фазного напряжения сети u1 на угол j:
j = (a + ,5g) (4.30)
Это приводит к наличию в УВ помимо активной (полезной) мощности
РС = m1·U1·I1,1·cosφ (4.31)
еще и реактивной мощности
QС = m1·U1·I1,1·sinj, (4.32)
а также так называемой мощности искажений
, (4.33)
создаваемой высшими гармоническими составляющими тока i1. Их удельный вес характеризуют коэффициентом искажения тока (см. формулу 4.1).
а |
в |
б |
графики напряжений и (б); график выпрямленного напряжения (в)
для углов регулирования , ,
Полная (вольт-амперная) мощность УВ:
. (4.34)
Из трёх составляющих этой мощности лишь активная мощность является полезной. Поэтому отношение РС/SC характеризует УВ как сетевую нагрузку и называется коэффициентом мощности КМ. Воспользовавшись уравнениями (4.31), (4.34), (4.1), получим уравнение
КМ = kИ · cosj, (4.35)
где kИ – коэффициент искажений тока i1; cosj – коэффициент фазового сдвига тока i1 относительно напряжения U1. Низкие значения КМ из-за сильно искаженной формы тока i1 либо вследствие большого значения угла регулирования a требуют увеличения установленной мощности сети, в том числе трансформаторного оборудования, роста сечения проводов и повышения прочности.
4.2. Лабораторная работа «ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ДВУХТАКТНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ»
Цель работы: исследование электромагнитных процессов, энергетических и нагрузочных характеристик однофазного двухтактного выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку.
Дата добавления: 2015-12-16; просмотров: 1390;