Лекция № 4 Тема: Выпрямители переменного тока

3.Различают 3 режима работы выпрямителей:

- холостой ход (I_d = 0);

- нагрузочный или рабочий режим I_dпр> I_d>0;

- аварийный I_d≥ I_dпр.

При рабочем режиме средний ток, приходящийся на вентиль не должен превышать предельно допустимого значения.

С возникновением нагрузки, т.е. выпрямленного тока I_d, среднее значение выпрямленного напряжения U_d понижается относительно его значения для режима холостого хода U_d0.

Понижение U_d с возрастанием тока I_d возникает вследствие индуктивной потери напряжения вызываемой коммутацией вентильных токов. Так, согласно выражению (18), мгновенное значение потери напряжения из-за коммутации одной коммутационной группы ΔU_x = E₂sin , то среднее значение этой потери за период между коммутациями, равный 2π/q

ΔU_x = .

После подстановки 1- cos γ = ,

получим ΔU_x = . (15)

Выражение (19) соответствует среднему значению потери выпрямленного напряжения в одной коммутационной группе (катодной или анодной).

При мостовой схеме выпрямления потеря в двух коммутационных группах

ΔU_x = (16)

Исходя из средних значений выпрямленного напряжения холостого хода U_d0 и потери этого напряжения из-за коммутации ΔU_x внешняя характеристика неуправляемого выпрямителя U_d (I_d) представлена выражением U_d = U_d0 - ΔU_x = U_d0 - , (17)

где U_к – относительное значение напряжения короткого замыкания трансформатора.

Т.е. внешняя характеристика неуправляемого выпрямителя при рабочем режиме (γ>2π/q) является прямолинейно падающей.

Угол наклона внешней характеристики выпрямителя зависит от индуктивного сопротивления х_а. удобно это сопротивление выражать через относительное значение напряжения короткого замыкания трансформатора U_к. пренебрегая незначительным индуктивным сопротивлением питающей сети, приходящейся на фазу вентильной обмотки.

Выражение (16) можно записать в виде ΔU_x = А·U_к· U_d0 ,где А – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления. Тогда

U_d = U_d0(1 – А· U_к ) (18)

и = 1 - А· U_к (19)

при I_d = I_dн = 1 - А· U_к (20)

пользуясь уравнением (20) по заданному U_dн определяют необходимое значение U_d0.

Лекция № 4 Тема: Выпрямители переменного тока

Вопросы:

1. Допущения, принимаемые при анализе электромагнитных процессов в цепях выпрямителей.

2. Коммутация вентильных токов в неуправляемых выпрямителях.

3. Внешние характеристики неуправляемых выпрямителей.

1. Допущения, принимаемые при анализе электромагнитных процессов в цепях выпрямителей.

1. Необходимо отметить, что выпрямители используются в цепи питания различных приемников электроэнергии. При изучении курса «электроники» рассматривались коллекторные двигатели постоянного тока.

Вследствие сложности мат. Аппарата электромагнитных процессов в цепях выпрямителей принимают следующие допущения:

- полагают идеально ВАХ вентилей;

- токи намагничивания трансформаторов, активные сопротивления обмоток трансформаторов и всех других элементов цепи считают равными нулю;

- индуктивное сопротивление обмоток трансформаторов и реакторов без сердечников принимают независимыми от тока;

- емкость обмоток трансформатора и других элементов цепи считают равной нулю;

- ЭДС двигателей при установившемся режиме считают постоянной, непульсирующей.

При этих допущениях мгновенное значение выпрямленного тока i_d в неразветвленной цепи определяется уравнением:

U_d - = E_d, (1)

где U_d – мгновенное значение выпрямленного напряжения,

E_d – ЭДС двигателей, питаемых выпрямителем,

= х_а + х_d (2)

х_а – индуктивное сопротивление трансформатора и питающей сети, отнесенной к числу витков вентильной обмотки,

х_d – индуктивное сопротивление сглаживающего реактора.

Мгновенное значение выпрямленного напряжения U_d для рассмотренных выше схем соответствует выражению U_d = D_сх ·Е₂·cos , (3)

где D_сх – коэффициент схемы (при m₂ = 2 D_сх = 2; при m₂ = 3 D_сх = 3 ),

- фазовый угол, изменяющийся в пределах: при m₂=2 -π/2 ≤ ≤ π/2; при m₂=3 - π/3 ≤ ≤ π/3,

Е₂ – фазное действующее значение ЭДС вентильной обмотки.

Подставляя уравнения (2) и (3) в уравнение (1) получим:

D_сх ·Е₂·cos - (х_а + х_d) = E_d (4)

Решая это уравнение относительно производной получаем:

= (5)

В результате решения данного дифференциального уравнения имеем:

i_d = = + I_d, (6)

где - переменная составляющая выпрямленного тока,

I_d – постоянная составляющая этого тока.

Переменная составляющая выпрямленного тока обратно пропорциональна индуктивному сопротивлению в цепи этого тока х_а + х_d и не создает активной мощности, вызывая реактивную потерю напряжения в цепи выпрямителя в следствии пульсации тока. С целью уменьшения этой пульсации увеличивают индуктивность сглаживающего реактора х_d » х_а.

Для упрощения анализа в первом приближении принимают х_а = 0, х_d = ∞, т.е. переменной составляющей пренебрегают, считая выпрямленный то идеально сглаженным (i_d = I_d) и коммутацию вентильных токов мгновенной.

Во втором приближении принимают х_а ≠ 0, х_d = ∞, т.е. учитывают коммутацию при пульсирующем токе I_d. В реальных условиях х_а ≠ 0, х_d ≠ ∞ и анализ цепи при этом достаточно сложен. Выпрямленное напряжение при этом режиме имеет переменную и постоянную составляющую составляющие

U_d0 = U_d0 + U ,

где U_d0 – среднее значение постоянной составляющей выпрямленного напряжения при холостом ходе; U - переменная составляющая выпрямленного напряжения при холостом ходе.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения

U_d0 = D_сх = D_сх (7)

При мостовой схеме выпрямления однофазного тока (D_сх = 2, р = 2) U_d0 =1,8·Е₂ и трехфазного тока (D_сх = 3, р = 6) U_d0 =2,34·Е₂.

Из выражения (7) следует, что увеличение числа пульсов р при прочих одинаковых условиях способствует увеличению U_d0 и уменьшению переменной составляющей U_d0.

Для схем выпрямления однофазного тока р = 2 (предел).

Перспектива – использование сложных схем выпрямления трехфазного тока (р = 6, 12 …).