Материал: s_electro
14. Коэффициент преобразования выпрямителя по напряжению здесь в два раза выше
K пн = U d0 = 2,34Kт.
U1
15. Коэффициент преобразования выпрямителя по току
Kпт = |
I d |
= |
3 |
K т |
π |
=1,282 K т , |
|
|
I1(1) |
|
2 |
|
3 |
|
|
|
′ |
= |
I d |
|
=1,225 K т . |
||
|
Kпт |
I1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
На основании проведенного формального анализа можно сделать следующие выводы, сравнивая полученные результаты с результатами анализа рассмотренных ранее выпрямителей трехфазного тока.
•Мостовая схема выпрямления трехфазного тока имеет наилучшее использование установленной мощности трансформатора среди всех схем.
•Качество выходного напряжения и входного тока выпрямителя здесь такое же, как и у шестипульсной схемы с уравнительным реактором.
•Использование вентилей по обратному напряжению в двухполупериодной (мостовой) схеме выпрямления в два раза лучше, чем во всех однополупериодных (нулевых) схемах выпрямления трехфазного тока, что аналогично ситуации с однополупериодными и двухполупериодными схемами выпрямления однофазного тока.
•Спецификой мостовой схемы являются протекание выпрямленного тока через два последовательно включенных вентиля и вследствие этого двойные потери напряжения и мощности по сравнению с однополупериодными схемами выпрямления.
Таким образом, совокупность достоинств трехфазной мостовой схемы выпрямления делает ее прима-схемой среди всех схем выпрямления и обеспечивает ей преимущественное применение, кроме случаев с малыми значениями выпрямленного напряжения и очень большими значениями выпрямленного тока.
Результирующая таблица свойств базовых схем выпрямителей приведена в разделе 4.1.
106
2.9. УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ. РЕГУЛИРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Управляемый выпрямитель – это схема базового выпрямителя, выполненного на управляемых вентилях. Возможны два способа регулирования среднего значения выпрямленного напряжения в выпрямителях на неполностью управляемых вентилях: фазовое регулирование, релейное регулирование.
2.9.1. ФАЗОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
При фазовом регулировании изменение угла регулированияя α
управляемых вентилей в базовых схемах выпрямления дает возможность регулирования среднего значения выпрямленного напряжения. Целью нашего анализа здесь и является нахождение зависимости среднего значения выпрямленного напряжения от параметров управления.
Кривая выпрямленного напряжения в общем случае m2-фазного выпрямителя показана на первой диаграмме рис. 2.9.1, диаграмма анодного тока вентиля и обратного напряжения на нем приведена на второй диаграмме.
Из анализа этих диаграмм на качественном уровне следует, что достоинство управляемого выпрямителя, связанное с возможностью регулирования выходного напряжения, сопровож-
дается тремя неблагоприятными обстоятельствами.
1. Регулирование среднего значения выпрямленного напряжения достигается за счет деформации (искажения) формы
Рис. 2.9.1 |
мгновенной кривой выпрямлен- |
|
|
|
ного напряжения, т. е. связано с |
ухудшением качества выпрямленного напряжения (количественное увеличение Kп и Kг будет показано в разделе 3.7) и как следствие
приводит к увеличению индуктивности сглаживающего реактора.
2. Увеличение угла регулирования α при снижении выпрямленного напряжения сопровождается таким же увеличением сдвига анодного
107
тока относительно переменного напряжения на входе выпрямителя. Аналогично смещаются по фазе и токи обмоток трансформатора, которые при построении определялись через анодные токи вентилей. А отстающие по фазе токи относительно напряжения (как и отстающие в обществе от лидеров люди) снижают свою полную «работоспособность», так как при этом снижается в функции косинуса угла сдвига передаваемая активная мощность в соответствии с (1.3.7). Оценка влияния регулирования на входной коэффициент мощности будет дана
вразделе 3.3.10.
3.После приложения к вентилю обратного напряжения, в течение которого он должен восстановить свои управляющие свойства, к вентилю прикладывается прямое напряжение. При этом напряжении вентиль должен оставаться закрытым до момента подачи на его управляющий электрод сигнала на включение вентиля.
Определим теперь количественную зависимость среднего значения выпрямленного напряжения идеального выпрямителя Udα0 от угла ре-
гулирования α, которая называется регулировочной характеристикой
управляемого выпрямителя. В соответствии с диаграммой udα на рис. 2.9.1 имеем
|
|
1 |
|
π q m2 |
|
|
|
|
sin |
|
π |
|
|
U d α0 |
= |
|
|
∫ 2 U2′ cosϑ dϑ =U2′ |
|
qm2 |
cosα =U d 0 cos α , |
||||||
2π |
|
|
π |
|
|||||||||
|
|
− |
π |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
qm |
2 |
|
|
|
|
qm |
2 |
|
|||
|
|
|
|
qm2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
|
|
|
|
U2′ |
|
U2 |
при |
q =1, |
(2.9.1) |
|||
|
|
|
|
= |
3 U |
|
при |
q = 2. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отношение среднего значения выпрямленного напряжения управляемого выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения неуправляемого выпрямителя называется степенью регулирования выпрямленного напряжения и обозначается Ср. Тогда уравнение регулировочной характеристики в относительных единицах имеет вид
Cp = |
U dα0 |
= cos α . (2.9.2) |
|
U d0 |
|||
|
|
||
|
|
108 |
График этой зависимости показан на рис. 2.9.2.
При 0 < α < 90o имеет место выпрямительный режим работы схемы на идеальных элементах, при 90о < α < < 180o – режимРисзависимого. 2.9.2 инвертирования, который будет рассмотрен в разделе 3.3.4.
2.9.2. РЕЛЕЙНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
Второй способ регулирования среднего значения напряжения на выходе выпрямителя обеспечивается релейным (циклическим) алгоритмом управления. При этом напряжение на выходе выпрямителя за период управления (период цикла) принимает два значения: максимальное выпрямленное (при α = 0) или нулевое значение, как показано на временной диаграмме рис. 2.9.3 для двухпульсного выпрямителя. В случае выполнения выпрямителя по однополупериодной (нулевой) схеме выпрямления нулевое значение выпрямленного напряжения при сохранении возможности протекания в нагрузке неизменного выпрямленного тока (Xd = ∞) обеспечивается добавлением на выход выпрямителя нулевого вентиля, аналогично показанному на рис. 1.2.1, а. В случае выполнения выпрямителя по двухполупериодной (мостовой) схеме функцию нулевого вентиля выполняют два последовательных вентиля одного плеча мостовой схемы.
ud id
tи
T
u1 i1
tи
T
Рис. 2.9.3
Среднее значение выпрямленного напряжения регулируется при этом изменением соотношения длительности наличия напряжения на нагрузке с длительностью периода Т (цикла). Уравнение регулировочной характеристики здесь очевидным способом выражается через скважность [см. (1.1.4 )]
109
Cp = |
tu |
, |
(2.9.3) |
T |
и степень регулирования выпрямленного напряжения является линейной функцией управления.
По сравнению с рассмотренным выше фазовым способом регулирования выпрямленного напряжения релейный способ имеет то преимущество, что входной ток выпрямителя всегда находится в фазе с напряжением сети и реактивная мощность сдвига выпрямителя равна нулю. Вследствие этого повышается и входной коэффициент мощности, который теперь будет равен с учетом (2.9.3)
|
P |
|
Ed |
α |
Id |
|
Cp Ed |
|
Id |
|
|
K |
т |
K |
п.н C |
|
|
|
χ = |
1 |
= |
|
|
= |
|
|
0 |
|
= |
|
|
p |
. (2.9.4) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
S1 |
|
m1U1I1 |
|
m1U1 |
Id |
|
tu |
|
|
m1 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
K |
т |
T |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Недостатком этого способа управления является появление субгармоник (гармоник более низкой частоты, чем обычные) в выпрямленном напряжении и первичном токе, что обусловлено существенным увеличением периода всех электромагнитных процессов в схеме с Т1/р для выпрямленного напряжения и Т1 – для входного тока до периода цикла Т, который обычно значительно больше периода сетевого напряжения Т1. Для сохранения при этом малых пульсаций в выпрямленном токе электромагнитная постоянная цепи нагрузки (с фильтром) должна быть, в свою очередь, существенно больше периода цикла Т.
Таким образом, релейное управление, как более простое, применимо, когда нагрузкой выпрямителя являются обмотки электромагнитов, электрических машин, имеющие соответствующую электромагнитную инерционность.
ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 2
Порой опять гармонией упьюсь, Над вымыслом слезами обольюсь...
А. С. Пушкин
1.Какие элементы содержит блок-схема управляемого выпрямителя?
2.Какой режим работы выпрямителя называется режимом прерывистого тока нагрузки?
3.Какими мерами можно уменьшить зону прерывистых токов в выпрямителе?
110