Материал: Элементы систем автоматического управления. Кириллов Ю.В

Поэтому в режимах с прерывистым током регулировочные характеристики будут находиться между кривыми 1 и 2 в заштрихованной области, указанной на рис. 3.11.

Режим работы схемы, когда ток в вентилях спадает до нуля точно в момент включения очередного вентиля, называется граничным.

Очевидно, что чем больше угол α, тем больше должна быть индуктивность , чтобы обеспечить режим работы схемы с непрерывным током . Индуктивность, обеспечивающая при заданных параметрах–схемы граничный режим работы, называют критической.

При прерывистом токе и постоянной нагрузке трансформатор, вентили, коллектор работают в более тяжелом режиме, так как при одном и том же значении выпрямленного тока действующее значение токов в элементах схемы увеличивается. Поэтому в мощных выпрямителях, работающих с широким диапазоном изменения

угла , индуктивность обычно выбирают из условия обеспечения непрерывности выпрямленного тока.

Граница перехода к непрерывному выпрямленному току зависит от соотношения , характеризующегося углом .

Пока , режим непрерывен, а при

ток имеет прерывистый характер.

В режиме непрерывного тока постоянная составляющая выпрямленного напряжения

.

Ток вентиля в прерывистом режиме

.

Из последнего выражения видно, что когда , ток , т.е. на границе перехода от прерывистого к непрерывному режиму угол .

Обозначив угол протекания тока через вентиль равным и подставляя в выражение

,

получим уравнение

,

дающее зависимость между углами и .

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения

.

Постоянная составляющая выпрямленного тока в обоих случаях

.

Ниже, на рис. 3.13 показана схема однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя с импульсно-фазовым управлением.

Рис. 3.13. Однофазный двухполупериодный управляемый выпрямитель

Напряжение с выхода фазовращателя R1C1 поступает на вход усилителей-ограничителей (VT1, VT2). Диоды VD5, VD6 срезают положительные полуволны этого напряжения. Напряжение трапециидальной формы с выхода усилителей ограничителей поступает на дифференцирующие цепи R4C2, R5C5, а затем на управляющие входы тиристоров VS1, VS2. Диоды VD7, VD8 предотвращают попадание отрицательных импульсов на управляющие электроды тиристоров. Усилители ограничители питаются от отдельного выпрямителя VD1-VD4.

3.4. Трехфазная однотактная схема выпрямления тока (трехфазная схема со средней точкой, трехфазная нулевая трехпульсная схема)

Схема (рис. 3.14) состоит из трансформатора, трех вентилей и приемника энергии . Для уменьшения высших гармоник выпрямленного тока последовательно с сопротивлением R_d включен реактор с индуктивным сопротивлением ( ) [1,2].

Обычно первичную обмотку трансформатора соединяют треугольником, а вторичную – звездой или первичную – звездой, а вторичную – зигзагом ( ).

Пусть трансформатор соединен по схеме .

Рис. 3. 14. Трехфазная однотактная вентильная схема

В промежутке (0-01) наибольшее положительное значение, как это показано на рис. 3. 15, имеет напряжение первой фазы , поэтому ток протекает только через вентиль 1 ( ), а остальные вентили заперты. Начиная с момента 01 и правее , анод вентиля 2 оказывается под положительным напряжением относительно катода. Если в момент 01 на вентиль 2 поступает отпирающий импульс, он включается, а анодное напряжение вентиля 1 ( ), и этот вентиль выключается (рис. 3.14).

Замечание. Если по какой-нибудь причине вентиль 2 не включится, то вентиль 1 выключится не в точке 01, а позже. Следовательно, причиной выключения вентиля 1 в точке 01 является включение очередного вентиля 2.

В промежутке (01-02) ток пропускает вентиль 2. В точке 02 включается вентиль 5 и выключается вентиль 2 и т.д. Каждый вентиль пропускает ток в течение периода, равного 120⁰( ), поэтому число пульсаций выпрямленного напряжения равно трем.

Рис. 3.15. Кривые токов и напряжений при ( )

Когда выключен вентиль 1, к нему на интервале проводимости вентиля 2 приложено линейное напряжение , а на интервале проводимости вентиля 5 – напряжение .

Среднее значение выпрямленного напряжения найдем путем интегрирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора в интервале повторяемости формы выпрямленного напряжения:

где – действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Зная напряжение первичной сети , находим коэффициент трансформации:

.

Постоянная составляющая выпрямленного тока

,

а постоянная составляющая тока одного вентиля

.

Амплитуда анодного тока вентиля

Когда вентиль заперт, на его зажимах действует линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора, поэтому амплитуда обратного напряжения

.

При выпрямленный ток идеально сглажен и кривые фазных токов имеют прямоугольную форму (рис.5). В этом случае кривые выпрямленного напряжения U_d и обратные напряжения на вентилях остаются такими же, как и при работе на активную нагрузку, а значения токов становятся равными (действующее значение тока вторичной обмотки):

Рис. 3.16. Кривые токов при

По кривой первичного фазного тока (ось 4) определяем его среднее значение

По кривой первичного линейного тока (рис. 3.16, ось 6) находим его действующее значение

Полученные выражения справедливы для любого способа соединения первичной обмотки трансформатора (звездой или треугольником).

На рис. 3.17 приведена трехфазная однотактная вентильная схема, в которой вторичная обмотка трансформатора соединена зигзагом. На каждом стержне магнитной системы, кроме первичной обмотки, расположены две секции вторичной обмотки, в которых протекают токи противоположного направления. Поэтому взаимно компенсируются магнитные силы, соответствующие постоянным составляющим этих токов, а также гармоникам с порядковыми номерами, кратными трем, и схема магнитно уравновешена.

Рис. 3.17. Трехфазная вентильная схема «звезда – зигзаг»

Пусть угол управления . Отпирающие импульсы приходят на вентили поочередно с задержкой на угол управления относительно моментов прохождения через ноль синусоид линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора. При угле в зависимости от характера нагрузки и значения угла в данной схеме могут иметь место различные режимы работы.

Если угол изменяется в диапазоне от 0 до , то как при активно-индуктивной, так и при чисто активной нагрузке выпрямленный ток является непрерывным. Среднее значение выпрямленного напряжения в этой области углов при различном характере нагрузки описывается одним аналитическим выражением:

(3.20)

Рис. 3.18 Диаграммы токов и напряжений при

При угле кривая мгновенных значений выпрямленного напряжения доходит в моменты переключения вентилей до нуля. Такой режим работы называется гранично-непрерывным.

Дальнейшее увеличение угла при активной нагрузке приводит к прерыванию выпрямленного тока i_d и появлению в выпрямленном напряжении u_d участков с нулевым значением (рис. 3.19,б). Интервал проводимости тока вентиля становится меньше .

Среднее значение напряжения в этом случае выражается следующим образом (кривая 1 на рис. 3.20):