Главная  Электроустройства и узлы радиосистем на постоянном токе 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

в положепии Б. Восстановление управляющих свойств тиристора произойдет лишь при его обесточивании на время, большее времени его закрывания.

В открытом состоянии тиристор способен пропускать очень большие токи (до нескольких сот ампер) и оказывает им малое сопротивление. В этом его достоинство. Применяя тиристоры, следует иметь в виду, что скачкообразное изменение сопротивления в момент открывания может привести к очень большим броскам тока. Особенно велики эти броски в тех схемах, где ограничивающее ток сопротивление R шунтируется конденсатором.

Разряд конденсатора на открывшийся тиристор может вывести его из строя. Поэтому всегда для уменьшения бросков тока последовательно с тиристором включают дроссель. В выпрямительных схемах тиристоры гораздо лучше работают при омической нагрузке или при нагрузке, начинающейся с индуктивности. Хотя встречаются и схемы с нагрузкой, начинающейся с емкости.

В управляемый выпрямитель тиристор включается как обычный вентиль, а к его управляющему электроду подводятся от цепи управления (ЦУ) импульсы, включаю-

...... ....... тиристоры с запаздыванием на

7\ fx 1\ ° отношению к выпрям-

Л I \ I \ 1ч ляемому напрял<ению (рис. 7.2, а).

Через тиристор 7\, включившийся в момент, соответствующий cat = = а (рис. 7.2, б), на выход выпрямителя передается напряжение первой фазы вторичной обмотки е„у. При ш/> л; напряжение е. становится отрицательным, однако тиристор Ту запереться не можете так как это привело бы к обрыву тока, протекающего через дроссель L. Индуктивность дросселя L выбирается большей критической и в нем поддерживается непрерывный ток. Поэтому в те моменты, когда е^ у отрицательно, на дросселе L наводится э: д. с. самоиндукции с полярностью и величиной, обеспечивающими напряжение на катоде , меньшее, чем е^у.

Тиристор остается открытым. Нужная полярность э. д. с. самоиндукции возникает при уменьшающемся токе дросселя, а последний уменьшается из-за отрицательного мгновенного значения е^.

При 0) = л + а открывается тиристор Тъ через который на выход передается напряжение е^, являющееся на данном этапе положительным. Ток дросселя переходит на вторую фазу, а тиристор Ту, оказавшись обесточенным и смещенным в обратном направлении, запирается и т. д. Таким образом, напряжение на выходе выпрямителя создается лишь теми частями напряжений вторичных полуобмоток е^у и е^ч, которые соответствуют открытым тиристорам. Эти части заштрихованы на рис. 7.2, б.


Напряжение на нагрузке, получагощееся почти равным постоянной составляющей напряжения е^, 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 /. и трансформатор, т. е. пренебречь индуктивиостями 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 Е^. Исходя из графика рис. 7.2, б напряжение

а+ п а-\- я


Рнс. 7.3

£2/)! sin o)t d(ut =

cosa.

(7.1)

Здесь принято, что в силу идеальности трансформатора и вентиля напряжение совпадает с э. д. с. первой фазы трансформатора 621 на интервале а < < л + а:

60 = 2,. (7.2)

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

i- - i I - о) rfco + с = (- cos at - (4) 2 cos a) + c. (7.3)



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

= -hy [(л + 2а) cos а - я; cos - 2 sin а - 2со/ cos а] -f . (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 включения тиристора.

Подставив в (7.4) со/ = я + ос, запишем это условие:

ysina + -f>0. (7.5)

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

ft)L >tga. (7.6)

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

Если индуктивность дросселя L меньше величины L,jp, где

Kp=--tga, (7.7)

или сопротивление нагрузки выпрямителя больше Rmax, где

/тах = coL/tg а, (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 oб^ютoк трансформатора. Поэтому чаще всего индуктивность дросселя L выбирают такой, чтобы при максимально воз\южном сопротивлении нагрузки удовлетворялось условие непрерывности тока.

Однако на холостом ходе выпрямителя и при угле открывания а = 0,5я условие непрерывности нарушается, и выпрямитель дает папряжение 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/о. (7.9)

Действующее значение тока первичной обмотки, в которую трансформируются, не перекрываясь во времени, токи двух фаз, получается в ]/2 раз больше, чем тока п!, т. е.

/ip = n/ . (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 ос по отношению к н.Шря-жению иа первичной обмотке.

Таким образом, при а 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

n = (fCmax -f/cmin)/(2£o)

я [л/(4с08аа)21С)]А(сс). (7.11)

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

В технической литературе часто приводят выражения Для коэффициентов пульсаций от-


0,4 0,3 0,2 0.1

Рис. 7.4

Рис. 7.5

дельных гармоник выходного напряжения. Так, первая гармоника выпрямленного напряжения е, (частота 2о)!) имеет относительную

амплитуду:

3, = l/l-b4tga. (7-12)

Фильтр LC ослабляет эти пульсации в 4coLC раз, что дает коэсх{зиЦиент пульсаций на нагрузке

Кх ]/l+4tg2a/(6co2LC). (7.13)

Сравнение результатов подсчета коэффициентов пульсацЦ п и /%1,г по формулам (7.11), (7.13) показывает, что до углов регулирования а = 45° результаты практически совпадают, но при а > 45° значение

заметно больше, чем k-, и для а = 75° различаются они почти в два раза. Это является следствием того, что при больших углах регулирования заметную роль игрзЕОт высшие гармоники выходного цапря-



жспня, так как форма пульсаций на выходе фильтра сильно отличается от гармонической..

Подводя итог, отметим следующие особенности схемы тиристорного регулируемого выпрямителя:

1. Уменьшение выходного напряжения в тиристорном выпрямителе достигается благодаря уменьшению отбора мощности от сети переменного тока и не связано с гашением значительной ее части в выпрямителе.

2. При регулировке выпрямитель потребляет не только активную, но и реактивную мощность от сети переменного тока.

3. При изменении угла регулирования а от О до 0,5n выходное напряжение меняется от максимума до нуля.

4. Пульсация выпрямленного напряжения заметно возрастает с ростом угла регулирования.

5. Режим непрерывного тока в дросселе нарушается, если не соблюдается отношение (7.8).

§ 7.2. Схемг выпрямителя с обратным диодом

Улучшить показатели схемы тиристорного выпрямителя можно, включив в нее обратный (разрядный) диод (рис. 7.6, а, в). С ним может работать дал^е однофазная схема выпрямления. Роль обратного диода Ду заключается в том, что при достижении угла со = я ток дросселя L, уменьшаясь, создает на нем такую э. д. с, которая равна по величине постоянному напряжению на выходе и приложена минусом к катодам тиристора и обратного диода. При со/ > я эта наведенная э. д. с. становится больше, чем напряжение Eq, и обратный диод открывается. Дроссель разряжается через него, а тиристор, будучи обесточенным, закрывается.

Таким образом, угол закрывания тиристоров в схеме с обратным диодом всегда равен я. Ток дросселя в двухфазной схеме на интервале а < со/ < я протекает через тиристор и одну из вторичных полуобмоток, а на интервале л < со/ < я -- а - через обратный диод (рис. 7.6, г). В однофазной схеме время разряда дросселя через диод значительно больше и равно я -f- а (рис. 7.6, б).

В схеме с обратным диодом переменные составляющие выпрямленного напряжения и фазовый сдвиг первой гармоники тока первичной обмотки за.метно меньше, чем в схеме без обратного диода. Однако регулировочная характеристика выпрямителя с обратным диодом мягче. Для сведения выпрямленного напряжения к нулю необходимо угол регулирования сделать равным я, а не 0,5 я, как в схеме без обратного диода.

При тех л<е предположениях, что были сделаны для схемы без обратного днода, постоянная составляющая выпрямленного напряжения в однофазной схеме

о1 = [.:/(2я)](1-Ь cosa) (7.14)

и в двухфазной схеме

EQ, = {Ejn){\+cosa). (7.15)

Проведя выкладки, совершенно аналогичные сделанным в предыдущем параграфе, определим для двухфазной схемы условие непрерывности тока в дросселе. Для а < 35,5° оно имеет вид: coL ?>[a--sina - - 0,5я (1 - cos а)]/(1 -f cos а).

(7.16)

Только при выполнении этого условия выпрямленное напряжение определяется формулой (7.15) и тиристоры открываются запускающими импульсами, т. е. при угле а. При R > / р ток дросселя спадает до нуля раньше, чем открывается тиристор следующей фазы, и к моменту со/ = пя + а на катоде тиристоров будет положительное напряжение, равное напряжению на конденсаторе С. Это напряжение может быть больше, чем sina, и тиристор следующей фазы не откроется.

Как и в предыдущей схеме при L>> £кр, токи в фазах имеют почти прямоугольную форму, но длительность их иная. Она равна я - а (рис. 7.6, д). Поэтому действующее значение тока фазы и тока первичной обмотки меньше

/2 = /о/(Г^ 2, (7.17) / = лг/оУ(я-а)/я. (7.18)

Действующее значение тока обратного диода при L > L


Рис. 7.6

1оУа/п. (7.19) Сдвиг фазы первой гармоники тока, потребляемого от сети, в два

раза меньше, чем в схеме без обратного диода.

ф = а/2.

(7.20)

Коэффициент пульсации напряжения на нагрузке получается по аналогии с (7.11)

и -од (-) /7 21)

2м2/.С(1+cosa) \ )

где Аод (а) - функция, представленная графически на рис. 7.7.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов