Главная | Обратная связь

Трехфазная мостовая схема выпрямления.

Схема получила самое широкое распространение на практике и применяется как для преобразователей небольшой мощности, так и средней и, даже большой мощности (до 12000 квт в серии АТ).

Эта схема характеризуется:

а) Повышенной (шестикратной по отношению к частоте сети) частотой пульсаций напряжения и тока нагрузки. Но, как известно, чем выше частота пульсаций, тем легче она может быть сглажена известными методами.

б) Возможностью подключения питающего напряжения как непосредственно от сети, так и через согласующий трансформатор.

в) Минимальной мощностью (по сравнению с другими схемами) согласующего трансформатора.

г) Симметрией как в загрузке отдельных фаз, так и “внутри” каждой фазы.

д) Наилучшим использованием вентилей по напряжению.

 

9 Работа трехфазного нулевого выпрямителя на неуправляемых вентилях при мгновенной коммутации. Значение выпрямленной ЭДС: .
Неуправляемый выпрямитель при мгновеннойкоммутации.
Рабочий процесс
Рабочие процессы рассмотрим в трехфазной нулевой схеме при следующих допущениях:

а) Неуправляемые вентили идеальные. Это значит, что при протекании через них тока в проводящем направлении их сопротивление считается равным нулю и, значит, падение напряжения на них отсутствует. При приложении к ним обратного напряжения их сопротивление считается бесконечно большим, и, значит, обратный ток (i_обр) считается равным нулю.

б) Питающий трансформатор- идеальный. (Активное сопротивление обмоток трансформатора равно нулю и, главное, индуктивность рассеяния первичных и вторичных обмоток трансформатора равна нулю.) Это значит, что токи в анодных цепях вентилей могут изменяться мгновенно, т.е. скачком.

в) Ток нагрузки идеально сглажен. Это могло бы иметь место при бесконечно большой индуктивности в цепи нагрузки. При этом, Пульсирующая ЭДС преобразователя не будет вызывать пульсаций тока нагрузки.
Анализ диаграммы показывает:
1.При увеличении угла α ЭДС преобразователя снижается.

2.ЭДС при угле α>30 содержит участки как + так и – занчений вольтсекундных плошадок.

3.Импульсы фазных токов тр-а сохраняя прямоугольную форму смешаются в сторону отставания на велечину α

Величина ЭДС неуправляемого выпрямителя.
Как было показано выше, мгновенные значения ЭДС неуправляемого выпрямителя изменяются по огибающей фазных ЭДС.

Для определения среднего значения ЭДС выпрямителя (E_d0) необходимо проинтегрировать функцию e_dQ) и отнести результат к величине интервала. Выберем в качестве такого интервала p)3/2) на интервале повторяемости ((Q(₁Q £Q £₂ , на котором

e_d = e_а = e_ф.max (3-1)Qsin *

где e_ф.max- амплитудное значение фазной ЭДС на вторичной стороне трансформатора.

- текущее значение электрического угла.Q

E_{d0 –} среднее значение ЭДС

Тогда получим:

/mp/2)+( p((_n ))

E_d0 /mp= 1/(2_n eò) _ф.max/m)* ep)*sin(p = (m/Q dQsin *_ф.max =

/mp/2)-( p((_n ))

E*2Ö= ₂/m). (3-2)p)*sin(p(m/*
Здесь E₂ - действующее значение вторичной ЭДС питающего трансформатора.

/2) ,как в нижнем, так и в верхнем пределе интегрирования, мы оказываемся в точке амплитудного значения фазной ЭДС ep осуществляется от точки пересечения синусоидой фазной ЭДС оси абсцисс при переходе этой ЭДС от отрицательной в положительную область, т.е. от точки “0”. Отложив угол (QПределы интегрирования выбираются из следующих соображений: отсчет текущего значения угла _аQ. Нижний предел интегрирования- это точка естественной коммутации, совпадающая со значением угла ₁. Для того, чтобы выйти в эту точку необходимо от точки амплитудного значения ЭДС “e_а/mp” “вернуться” назад на угол (_n/mp= (2l). Это значение “угла возврата” получается путем деления на два интервала повторяемости, т.е. угловой длительности работы соответствующей фазы. Указанный интервал повторяемости составляет угол _n).

Необходимо отметить, что полученная формула:

E_d0 E*2Ö= ₂/m) справедлива не только для трехфазного нулевого выпрямителя, пульсность которого (mp)*sin(p(m/*_n) равна трем, но и для любой другой пульсности. Величина пульсности связана с фазностью вентильных преобразователей формулой:

m_n= m * k_т

здесь: m- число фаз питающего трансформатора

k_т - число тактов выпрямительной схемы. Во всех нулевых схемах k_т = 1. В мостовых k_т = 2.

/mpВерхний предел интегрирования получается путем прибавления к текущему значению угла, соответствующего точке амплитудного значения фазной ЭДС угла (_n).

1. Токи вторичных и первичных обмоток питающего трансформатора для трехфазной нулевой схемы выпрямления.

Ток, протекающий по вторичным обмоткам трансформатора под действием ЭДС этих обмоток, обусловливает величину тока в нагрузке- I_d. Ток в нагрузке складывается из прямоугольных импульсов фазных токов и, при принятых допущениях является идеально гладким.

В соответствии со 2-ым законом Кирхгофа, сумма токов в каждом замкнутом магнитном контуре должна быть равна нулю.

Рис 12

Кроме того, в соответствии с 1-ым законом Кирхгофа, сумма всех трех токов первичных обмоток трансформатора равняется нулю

i_A i-_a + i_b i-_B = 0

i_B i-_b + i_c i-_C = 0

i_A + i_B + i_C = 0

В этой системе шесть неизвестных: три значения первичных токов и три- вторичных. Однако вторичные токи могут быть определены (открыт VD1):

i_a = I_d ; i_b = i_c = 0

Тогда i_A= (2/3) I_d ; i_B =i_C = -(1/3) I_d

Аналогично для остальных:

i_B = (2/3) I_d ; i_A =i_C = -(1/3) I_d

i_C= (2/3) I_d ; i_A =i_B = -(1/3) I_d .

При принятых условиях и допущениях (k_тр =1, трансформатор и вентили идеальные) диаграммы токов во всех обмотках трансформатора выглядят следующим образом:

При к_тр > 1 i_A= (1/ k_тр)*(2/3) I_d и т.д.

Суммарная намагничивающая сила по каждому из стержней в данной схеме оказывается отличной от нуля. Для А (при открытом VD1):

F_A = (i_a - i_A)*w = (I_d - (2/3) I_d )*w = (1/3)w *I_d

Для А (при закрытом VD1)::

F_A = (i_a - i_A)*w = (0 - (1/3) I_d )*w = (1/3)w *I_d

Аналогичное наблюдается в других стержнях трансформатора. Таким образом, характерной особенностью трехфазной нулевой схемы является наличие нескомпенсированных намагничивающих сил и, вызванных ими потоков вынужденного намагничивания.

Для избежания этого приходится завышать сечение магнитопровода и, тем самым, утяжелять трансформатор. Это является причиной того, что трехфазная нулевая схема в практике применяется нечасто и только для небольшой мощности электропривода.

11 Рабочие процессы в тиристорном преобразователе при мгновенной коммутации. Зависимость . Регулировочные характеристики.

Неуправляемый выпрямитель может обеспечить только одно значение ЭДС на выходе (e_d0), т.е. максимально возможное в схеме. Для получения возможности регулирования величины ЭДС преобразователь выполняют управляемым, включая вместо неуправляемых вентилей, тиристоры.

Если управляющие импульсы подавать на управляющие электроды тиристоров в моменты естественной коммутации, то получим также, как и при неуправляемых вентилях, максимально возможную ЭДС E_d0.a. Регулирование ЭДС в сторону ее снижения осуществляется за счет задержки включения тиристоров относительно момента естественной коммутации. Величину этой задержки характеризует угол управления тиристорами преобразователя, обозначаемый в литературе буквой

) - это угол, выраженный в электрических градусах, отсчитываемый от точки естественной коммутации двух чередующихся фаз до момента включения тиристора последующей фазы.aУгол управления преобразователем (

На рис 14 показана форма ЭДС преобразователя. Ниже показаны токи, протекающие по фазным обмоткам трансформатора в предположении идеальной сглаженности тока I_d и мгновенной коммутации фазных токов с предыдущей на последующую фазу.

Анализ диаграммы напряжения показывает:

, т.е. при большей задержке управляющих импульсов Eaа) При увеличении угла _d .aпреобразователя снижается. Величина этого снижения, определяемая вольт - секундной площадкой Sз, тем больше, чем больше угол

aб) ЭДС преобразователя при > (S+) уменьшаются, а (S-) - увеличиваются.a содержит участки как положительных (S+), так и отрицательных (S-) значений вольт - секундных площадок. С увеличением угла °30

по отношению к точке естественной коммутации.aв) Импульсы фазных токов трансформатора, сохраняя прямоугольную форму, смещаются в сторону отставания на величину угла

Величина ЭДС тиристорного преобразователя.

.aÐОпределяется площадь, заключенная между кривой, отражающей функцию изменения фазной ЭДС, и осью абсцисс. Эта вольт - секундная площадь, с учетом ее знака, определяется в пределах интервала повторяемости, как определенный интеграл, нижний и верхний пределы которого соответствуют границам интервала повторяемости. Взяв отношение вычисленной площади к длине интервала повторяемости, вычисляется среднее значение ЭДС тиристорного преобразователя для интересующей нас величины

=>E_d = E_d0 .a* cos

Ее графическое представление называют регулировочной характеристикой ТП. Она имеет вид:

 

12^ Коммутация токов в фазах питающего трансформатора тиристорного преобразователя при переключении вентилей.

Из-за наличия в цепях переменного тока индуктивных сопротивлений процесс коммутации имеет определенную длительность. Индуктивные сопротивления обмоток трансформатора, обусловленные потоками рассеяния в магнитной системе, определяются из опыта короткого замыкания трансформатора, и в расчетах учитываются в виде общей индуктивности L_s,.

Индуктивные сопротивления обмоток учтены введением в схему индуктивностей L_s . Предположим, что в проводящем состоянии находится вентиль V_S1 Q. В момент ₁ поступает включающий импульс на вентиль V_S2 . Поскольку потенциал анода вентиля в этот момент положителен относительно катода, вентиль включается.

QНачиная с момента ₁ оба тиристора включены и две фазы (“а” и “b”) вторичной обмотки трансформатора оказываются замкнутыми через них накоротко. Под воздействием ЭДС обмоток этих фаз (e_а и e_b) в короткозамкнутой цепи (контура коммутации) появляется ток короткого замыкания i_k , который является коммутирующим током.

QЭтот ток можно в любой момент интервала коммутации (₂ Q- ₁ ) определить по формуле:

i_k = (U_2m)} (3-7)Q + a - cos (a/2Xs)*{cos

где U_2m -амплитудное значение линейного напряжения между фазами “a” и “b”.

LwXs= _S (3-8)

- угол управления.a

Нужно отметить, что через вентиль V_S1 фазы “а” ток i_k протекает в непроводящем направлении. Такое возможно, т.к. вентиль V_S1смещен прямым током I_d , протекавшем через него до начала коммутации.

, который может быть определен из следующего уравнения (для трехфазной нулевой и трехфазной мостовой схем):gДлительность интервала коммутации характеризуется углом коммутации

g = 0 через aпри угле управления ₀, можно записать:

g + cos a = arccos {cos g₀ .a- 1} -

13Величина мгновенного напряжения на нагрузке в зоне коммутации токов. Средняя величина падения напряжения в ТП, связанная с коммутацией ( )

 

Процесс коммутации оказывает непосредственное влияние на выпрямленное напряжение U_d . Это связано с тем, что появляются ЭДС самоиндукции. В выходящей из работы фазе ЭДС самоиндукции складывается с ЭДС “e_a”. Во вступающей в работу фазе ЭДС самоиндукции вычитается из “e_b”. Таким образом, с учетом действия ЭДС самоиндукции мгновенное значение выпрямленного напряжения на интервале коммутации тока равно полусумме ЭДС коммутируемых фаз.

U_d = (U_a + U_b)/2 . (3-12)

где U_a и U_b - мгновенные значения фазных напряжений вторичной обмотки трансформатора.

Так как, в зоне коммутации мгновенное значение выпрямленного напряжения снижается, по сравнению с мгновенной коммутацией, до величины U_d , происходит уменьшение среднего значения выпрямленного напряжения.

Анализируя последнюю формулу, мы видим, что от двух первых множителей, стоящих в числителе, зависит ширина заштрихованной на диаграмме площадки. От значения третьего множителя (m_n).p) зависит количество этих площадок, приходящихся на период переменного напряжения - (2

14^ Внешние характеристики ТП при непрерывном и прерывистом токе в нагрузке.

 

.aВнешней характеристикой ТП называется зависимость выпрямленного напряжения от среднего значения тока нагрузки при неизменной величине угла управления

U_d (I¦= _d)

Внешняя характеристика определяется внутренним сопротивлением преобразователя, которое приводит к снижению выпрямленного напряжения с ростом нагрузки.

Снижение напряжения обусловлено тремя факторами:

 

1. UdКоммутационным падением напряжения (_k).
2. UdПадением напряжения в активных сопротивлениях цепей преобразователя, по которым протекают токи (_R).
3. UdПадением напряжения в вентилях (_B).

LwСоответственно внешнюю характеристику ТП (при _н ) можно записать в виде следующего уравнения:¥=

U_d = E_d0 Ud - acos _k Ud- _R Ud- _В. (3-16)

Уравнение (3-16) справедливо лишь тогда, когда ток в нагрузке протекает непрерывно. Если принято, что индуктивность L_н в цепи выпрямленного тока бесконечно большая, то непрерывность будет иметь место при любых значениях тока. Если же L_н имеет конечную величину, то непрерывное протекание тока возможно лишь при превышении последним некоторого граничного значения I_{d гр.}.

= 0) справедливо уравнение:gДля мгновенных значений напряжения якорной цепи при отсутствии перекрытия вентилей (

e₂ - E_я = i*R_я.ц. Ud+ L (di/dt) + _в (3-18)

где R_я.ц. = R_я + R_тр + R_р; L = L_я + L_тр + L_рUd: _в - падение напряжения в вентилях;e₂ и i - мгновенные значения вторичной ЭДС трансформатора и тока; E_я - ЭДС якоря двигателя.

В выражении (3-18) ЭДС трансформатора изменяется по синусоидальному закону. ЭДС двигателя в установившемся режиме из-за инерционности вращающихся масс не может заметно измениться за время интервала пульсаций и считается постоянной. При этом, разность ЭДС, стоящая в левой части уравнения, в какие- то моменты положительна, а в некоторые моменты оказывается отрицательной. Однако при больших токах в индуктивностях якорной цепи запасается такое количество электромагнитной энергии, которого достаточно для поддержания тока прежнего направления в промежутках времени. Ток в анодной цепи вентиля поддерживается за счет ЭДС самоиндукции ( ) при убывании тока. Поэтому при достаточно больших значениях индуктивности и тока последний не прерывается, и выпрямленная ЭДС преобразователя определяется средним значением ЭДС трансформатора за интервал повторяемости выпрямленной ЭДС (T_п /mp= 2_nQ). При малых нагрузках ток под действием противоЭДС двигателя снижается до нуля (момент ₂) раньше момента включения последующего вентиля. В результате ток через якорь при малых нагрузках на валу двигателя проходит не непрерывно, а отдельными импульсами.

Выражение (3-18) справедливо только для интервалов времени, в течение которых ток проходит по цепи якоря. В промежутках между импульсами тока вращение якоря поддерживается за счет механической энергии вращающихся масс, а напряжение на выходных клеммах преобразователя равно ЭДС якоря двигателя (E_я ).

Чем меньше ток, тем раньше наступит его прерывание, и тем выше оказывается среднее выпрямленное напряжение. В результате этого крутизна внешних характеристик ТП при малых нагрузках резко возрастает.

/mp = 2lВ режиме непрерывных токов, когда _n имеет место однозначное соответствие между E_d , но также от величины тока, т.е. от индуктивности цепи якоря двигателя.a . В режиме прерывистого тока среднее выпрямленное напряжение на двигателе зависит не только от величины ЭДС трансформатора и угла управления преобразователя aÐи