Коммутация тока в выпрямительных преобразователях

 

В выпрямителях коммутация тока с вентиля на вентиль осуществля­ется естественно за счет спада волны фазного напряжения. Практичес­ки такой процесс осуществляется в течение конечного интервала вре­мени, выражаемого в угловых единицах через γ.

Угол γ принято называть углом коммутации.

Причиной конечно­го значения угла γ >0 является наличие в фазных цепях на входе выпрямителя индуктивных сопротивлений х _ф, обусловленных индуктивностями рассеяния обмоток трансформатора, индуктивностями кабелей линии передачи, индуктивностями генераторов переменного тока, создающих питающую сеть.

 

 

Рассмотрим процесс коммутации в выпрямителе на примере трехфаз­ной мостовой схемы (рисунок 12). При открытии вентиля VS 3 с углом управ­ления α в контуре фаз А и В в течение угла γимеем одновремен­но работающие вентили VS I, VS 3. Образованный в результате короткозамкнутый контур коммутации представлен на рисунке 22,а. Временные диаграммы напряжений и токов преобразователя при γ>0 представлены на рисунке 22,б.

 

Сумма токов фаз a и b на интервале угла коммутации γ, 0≤ωt≤ γ:

 

. (83)

Продифференцируем равенство (89) и получим

 

Откуда можно установить, что

(84)

 

Уравнение равновесия напряжения для контура коммутации (смотри рисунок 22,а):

(85)

 

 

 

 

Рисунок 22. Контур коммутации (а) и временные диаграммы, поясняющие коммутационный процесс

 

Принимая за начало отсчета времени момент открытия вентиля VS 3 – m’, другими словами перенесем ось ординат U в положение U^’.

Напряжение u _ав с учетом переноса оси ординат U в положение U^’ момент открытия вентиля VS 3 – m’, может быть представлено следующим выражением

(86)

С учетом соотношения (84) и (86) уравнение (85) будет иметь вид

Откуда получим выражение, характеризующее изменение тока фазы "α" на интервале угла коммутации γ.

 

(87)

Выражение для угла коммутации γ получим из выражения (87) с учетом того факта, что при ωt=0 ток i _a= I_d.

(88)

Анализируя выражение (88), можно установить, что угол коммутации γ возрастает при увеличении индуктивного сопротивления рассеяния обмоток трансформатора x _ф и тока нагрузки I_d, а увеличение напряжения переменного тока U ₂ приводоит к уменьшению угла коммутации γ.

В общем виде для любой схемы выпрямления угол коммутации можно определить по формуле (89):

(89)

Определим влияние угла коммутации γ на величину напряжения U_d. На рисунке 22,б показано, что при γ≠0 величина напряжения U_d будет уменьшаться.

Это падение выпрямленного напряжения принято называть индуктивным падением напряжения и обозначать как Δ U_{d х}

(90)

 

Можно показать, что

Окончательно для трехфазной мостовой схемы выпрямления получим выражение, определяющее индуктивное падение напряжения. (91)

Это выражение учитывает снижение напряжения на выходе выпрямителя вследствие возрастания углов коммутации при увеличении тока, другими словами, учитывает "потерю" заштрихованных площадок в мгновенном выпрямленном напряжении u_d при расчете величины среднего значения выпрямленного напряжения (смотри рисунок 22,б).

Применительно к общему случаю простых однотактных и двухтакт­ных схем выпрямления уравнение (91), определяющее индуктивное падение напряжения приобретает следующий вид:

, (92)

или

.

В общем виде для любой схеме выпрямления параметр фиктивное сопротивление Х_к можно определить по формуле (93)

(93)

где k_т- коэффициент тактности преобразователя;