Материал: s_electro

2)аккумуляторы, замещаемые источником ЭДС с малым активным внутренним сопротивлением;

3)гальванические ванны в химическом и металлургическом производстве, имеющие встречную ЭДС раствора или расплава;

4)электрические дуги сварки, газоразрядных приборов освещения, плазменных установок и т.п.

Условно к этому режиму можно отнести даже работу выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку (обмотки возбуждения электрических машин, обмотки реле и т.д.) на этапе спада тока в обмотке (гашение поля обмотки). При этом энергия магнитного поля обмотки возвращается (рекуперирует) в питающую сеть. Выпрямитель имеет также свою собственную внутреннюю противоЭДС, в соответствии с

(3.1.14) равную q∆U0, которая оказывает значительное влияние на выпрямленный ток при малых величинах выпрямленного напряжения (низковольтные выпрямители или зарегулированные до малых напряжений выпрямители с высоким номинальным выпрямленным напряжением).

Модельная схема управляемого выпрямителя, охватывающая все указанные случаи, имеет вид, показанный на рис. 3.2.1.

Задачей данного раздела является изучение влияния конечного значения индуктивности в цепи нагрузки Ld на две основные характеристики выпря-

мителя: внешнюю и регулировочную. При необходимости результат анализа электромагнитных процессов в этой модели можно распространить и на изучение влияния конечного значения Ld на процессы в других цепях, помимо выходной, по той методике, которая была использована выше при анализе базовых ячеек выпрямления.

Конечное значение индуктивности в цепи нагрузки может приво-

дить к появлению качественно нового режима работы выпрямите-

ля – режима прерывистого выпрямленного тока, как это было отме-

чено в разделе 2.2. Поэтому последовательно проведем анализ для режимов прерывистого тока, граничного предельно-непрерывного тока, непрерывного тока.

3.2.1. РЕЖИМ ПРЕРЫВИСТОГО ТОКА (λ < 2π/qm2)

121

Воспользуемся временными диаграммами рис. 3.2.2 для этапа качественного анализа, на которых построены кривые выпрямленного напряжения и выпрямленного то-

ка.

В этом режиме ток проводящего вентиля спадает к нулю раньше, чем поступает импульс управления на следующий вентиль, и в выпрямленном токе образуется нулевая пауза. Поодиночная работа всех вентилей означает незави-

Рис. 3.2.2

симость их режимов друг от друга, поэтому схема замещения любого выпрямителя на интервале проводящего состояния вентиля имеет вид, показанный на рис. 3.2.3.

Здесь в сопротивление Rd можно объединить при необходимости все внутренние активные сопротивления выпрямителя, входящие в (3.1.13). Аналогично, в противоЭДС нагрузки можно объединить напряжения отсечки прямой вольт-амперной характеристики проводящих вентилей q∆U0. Индуктивность рассеивания трансформатора

La входит с множителем q, так как при m2=3, q=2 ток течет по двум фазам трансформатора.

Как было показано в разделе 2.2.2, в режиме прерывистого выпрямленного тока в RL-нагрузке длительность протекания тока λ определяется из решения трансцендентного уравнения, что означает и невозможность получения аналитического выражения для среднего значения выпрямленного тока. Это, в свою очередь, означает отсутствие замкнутого аналитического выражения для внешней характеристики выпрямителя. Анализ работы выпрямителя для такого самого общего случая сделан в работах А. А. Булгакова [40] и С. В Захаревича. [41] и довольно сложен. Поэтому ограничимся здесь случаем без активного сопротивления в цепи выпрямленного тока (Rd = 0). В таком случае внешнюю характеристику можно получить уже в виде уравнений в параметрической форме, т. е.

122

U dα = f 1(α, λ),

(3.2.1)

I d = f 2 (α, λ).

Тогда, задаваясь значениями λj < 2π/qm2, можно вычислять по (3.2.1) соответствующие им значения U dαj , I d j при α = сonst и полу-

чать таким образом точки внешней характеристики.

Сначала определим среднее значение выпрямленного напряжения, интегрируя кривую его мгновенного значения за время протекания тока λ (во время бестоковой паузы мгновенные значения выпрямленного напряжения и противоЭДС совпадают, а значит, совпадают и их средние значения на интервале паузы) в соответствии с диаграммой на рис. 3.2.2

=2λU 2 [cos ψ − cos(ψ + λ)] = f 1(α,λ),

где ψ = 2π − qmπ2 + α – угол вступления вентиля в работу, отсчи-

танный относительно нуля вторичного напряжения, куда здесь помещено начало отсчета времени.

Так как среднее значение выпрямленного напряжения уравновешивается средним значением противоЭДС, то из (3.2.2) следует

Для расчета среднего значения выпрямленного тока необходимо знать выражение для мгновенного значения этого тока, которое находится как решение дифференциального уравнения для тока, имеющего в соответствии с расчетной схемой замещения (рис. 3.2.3) следующий вид:

123

Постоянная интегрирования определяется из начального условия: id = 0 при ϑ = ψ

2 U3

C1 = qXa + X2 d [τψ + cos ψ] .

Тогда решение (3.2.5) примет вид

Из уравнения (3.2.6) находится среднее значение выпрямленного тока

(3.2.7)

Если подставить в (3.2.7) значение τ, определяемое из (3.2.3), то получим в явном виде зависимость

124

Обычно ограничиваются для выпрямленного тока зависимо-

стью (3.2.7).

3.2.2. РЕЖИМ ПРЕДЕЛЬНО-НЕПРЕРЫВНОГО ТОКА (λ=2π/qm2)

Соотношения для средних значений выпрямленного напряжения и выпрямленного тока указанного граничного режима получаются соответственно из (3.2.2) и (3.2.7) с учетом (3.2.3) при подстановке в них

λ=2π/qm2

Соотношения (3.2.9) и (3.2.10) определяют уравнение дуги эллипса в параметрической форме на графике внешних характеристик рис. 3.2.4 и разделяют зоны непрерывного и прерывистого выпрямленного тока..

3.2.3.РЕЖИМ НЕПРЕРЫВНОГО ТОКА (λ > 2π/qm2)

Врежиме непрерывного выпрямленного тока его период состоит из двух подынтервалов: внекоммутационного и коммутационного. Во внекоммутационном интервале ток проводит один вентиль (в однополупериодных схемах выпрямления), в коммутационном – два вентиля. Число дифференциальных уравнений для тока уже становится в три раза больше (три уравнения), чем в режиме прерывистого тока, что приводит к такому усложнению формул, что они становятся громоздкими и трудоемкими для инженерных расчетов. Поэтому здесь можно использовать приближенную методику построения внешней характе-

ристики, если значения Xd заметно превышают значения Xa. Более точная, но более сложная методика приведена в [8]. Это обычно выполняется, так как значение реактанса сглаживающего дросселя выбирают из условия получения пульсаций выпрямленного тока на уровне нескольких процентов от его среднего значения. С инженерной точностью в этом случае пульсациями выпрямленного тока можно пренеб-

125