Напряжение на нагрузке, получающееся почти равным постоянной составляющей напряжения ёо, подводимого к фильтру LC, будет расти при уменьшении угла а и спадать при его увеличении.. Таким образом, напряжение на нагрузке в тиристорном выпрямителе определяется не только амплитудой подводимого напряжения, но и углом отставания управляющих тиристорами импульсов а. Регулировка выпрямленного напряжения, достигаемая изменением фазы управляющих импульсов, не связана с гашением избытка мощности в самом регулируемом.выпрямителе, что является основным его достоинством.

Схемы выпрямления с тиристорами такие же, как у обычных выпрямителей. Основное внимание в этом разделе будет уделено двухфазным схемам выпрямителей.

Будем для простоты считать падение напряжения на открытом тиристоре много меньшим выпрямленного напряжения, а токи утечки (прямой ток при закрытом тиристоре и обратный ток при отрицательном напряжении) малыми по сравнению с током нагрузки. Это позволит пренебречь в расчетах малыми величинами, т. е. считать тиристор идеальным, у которого прямое падение напряжения в режиме насыщения, прямой и обратный токи утечки, а также ток отключения равны нулю. Такие упрощения не приведут к большой погрешности, так как ток через вентиль схемы определяется сопротивлением нагрузки, а не фазы.

По этой же причине можем считать идеальными дроссель L и трансформатор, т. е. пренебречь индуктивностями рассеяния и омическими сопротивлениями их обмоток.

Сначала рассмотрим одну первую фазу регулируемого выпрямителя (рис. 7.3, а). Нагрузку выпрямителя будем считать состоящей из индуктивности L и конденсатора С, образующих фильтр, и омического сопротивления R.

Положим выходное напряжение постоянным и равным Ео- Исходя из графика рис. 7.2, б напряжение

а+п сс+п

Рис. 7.3

) dcot = -

Emsin tot dcot=- cos а. (7.1)

Здесь принято, что в силу идеальности трансформатора и вентиля напряжение во совпадает с э. д. с. первой фазы трансформатора на. интервале а < со/< Jt + сс:

€0 = 621. (7.2)

Падение напряжения на дросселе L равно разности напряжений 21 и Ео и, следовательно, его ток

= it J (21 - о) dcot + с = (- cos со/ - () 2 cos а) + с.

(7.3)

Постоянную интегрирования с найдем из условия баланса для постоянных составляющих токов. Среднее значение тока ii на интервале а ч- jt + а должно быть равно току нагрузки. Подставив найденное таким образом значение .с в (7.3), получим

ii = [(Jt + 2а) cos а - Jt cos co - 2 sin a - 2cot cos a] + . (7.4)

Задав выпрямленное напряжение в виде (7.2), предположили, что тиристор каждой из фаз открыт до тех пор, пока не вступит в работу следующая фаза. Однако это будет верно лишь в том случае, если ток дросселя к моменту открывания вентиля следующей фазы положителен и напряжение, получаемое в момент включения с включающейся фазы, больше напряжения на конденсаторе. Последнее условие выполняется при а > 32,5° и обеспечивает рост тока дросселя сразу же после вкл1дчения тиристора.

Подставив в (7.4) cot = л + а, запишем это условие:

-()- + ->0- (7.5)

Тйк как Ё(, определяется выражением (7.1), условие непрерывности тока в дросселе можно записать иначе:

aL/R>tgd. (7.6)

Оно и должно выполняться для углов а > 32,5°.

Если индуктивность дросселя L меньше величины Lp, где

iKp = tga, (7.7)

или сопротивление нагрузки выпрямителя больше R

maxi где

/?max = L/tga, (7.8)

ТО ток в дросселе станет равным нулю раньше, чем откроется тиристор второй фазы. А как только ток станет равным нулю, тиристор обесто-чится и выключится. Такой режим не очень выгоден, так как связан с большими переменными составляющими токов тиристоров и обмоток трансформатора. Поэтому чаще всего индуктивность дросселя L выбирают такой, чтобы при максимально возможном сопротивлении нагрузки удовлетворялось условие непрерывности тока.

Однако на холостом ходе выпрямителя и при угле открывания а = 0,5jt условие непрерывности нарушается, и выпрямитель дает напряжение большее, чем получается по выражению (7.1).. В режиме непрерывного тока дросселя ток фазы приближается по форме к прямоугольному (рис. 7.4, а, б). Его действующее значение без учета пульсаций

. /2 = 0,707/ . (7.9)

Действующее значение тока первичной обмотки, в которую трансформируются, не перекрываясь во времени, токи двух фаз, получается в раз больше, чем тока n/j, т. е.

/ip = n/o. (7.10)

По форме ток первичной обмотки в каждый из полупериодов повторяет ток фазы, равный току ii (рис. 7.4, в). Первая гармоника этого тока при малых пульсациях сдвинута на угол а по отношению к напряжению на первичной обмотке.

Таким образом, при а 9 О тиристорный выпрямитель потребляет из сети не только активный, но и реактивный ток. Это обстоятельство является недостатком такого выпрямителя.

Полный перепад пульсаций на выходном конденсаторе С найдем так же, как и при исследовании неуправляемого выпрямителя. Аналогично (6.19) результат запишется в виде

К = (Стах - Cmin)/(2£o)

[jt/(4 COS а coLQ] А(а). (7.1Л)

Здесь коэффициент А (рис. 7.5) является функцией угла регулирования а.

.В технической литературе часто приводят выражения для коэффициентов пульсаций от-

Рис. 7.4

20° W so 80 ОС Рис. 7.5

дельных гармоник выходного напряжения. Так, первая гармоника выпрямленного напряжения (частота 2со!) имеет относительную амплитуду:

nBi = 4Kl+4tg2a.

(7.12)

Фильтр 1С ослабляет эти пульсации в iaLC раз, что дает коэффициент пульсаций, на нагрузке

VT+W/(6co Lq.

*п1 =

(7.13.)

Сравнение результатов подсчета коэффициентов пульсаций k и по формулам (7.11), (7.13) показывает, что до углов регулирования = 45° результаты практически совпадают, но при а > 45° значение k заметно больше, чем k i, и для а = 75° различаются они почти в два раза. Это является следствием того, что при больших углах регулирования заметную роль играют высшие гармоники выходного напря-