Материал: Элементы систем автоматического управления. Кириллов Ю.В

Рис. 3.19. Диаграммы токов и напряжений при углах и

При активно-индуктивной нагрузке за счет энергии, запасаемой в индуктивности , выпрямленный ток продолжает протекать в нагрузке и при переходе выпрямленного напряжения в зону отрицательных значений. Если накопленной в индуктивности энергии окажется достаточно, чтобы обеспечить протекание тока до очередной коммутации вентилей, то будет наблюдаться режим работы с непрерывным током .

При режим непрерывного тока будет иметь место при любых углах в диапазоне от 0 до . В этом случае среднее значение выходного напряжения можно определить по формуле

Когда угол становится равным , площади положительного и отрицательного участков кривой выпрямленного напряжения становятся равными, что свидетельствует об отсутствии постоянной составляющей в выпрямленном напряжении, или, иначе говоря, среднее значение E_d становится равным нулю (кривая 2 на рис. 20).

Рис. 3.20. Регулировочные характеристики трехфазного нулевого выпрямителя: 1 – при активной нагрузке; 2 – при активно-индуктивной нагрузке

Заштрихованная область соответствует семейству регулировочных характеристик в режимах прерывистого тока i_d при различных значениях отношения L_d/R_d.

Примем индуктивность L_d настолько большой, ток нагрузки i до момента отпирания следующего вентиля не успевает пройти через нуль. Когда ток через нуль не проходит, он нарастает от интервала к интервалу и устанавливается в течение ряда периодов.

В трехфазной нулевой (однотактной, ) схеме к нагрузке подключено напряжение

,

где , а угол естественного включения вентилей при составляет .

Ток через нагрузку определяется дифференциальным уравнением

Общий интеграл решения уравнения (9)

где ; - угол нагрузки; – постоянная интегрирования, определяемая в каждом конкретном случае из начальных условий.

Для определения тока в любом интервале времени удобно воспользоваться разностными уравнениями.

В общем случае к нагрузке может быть подключено напряжение с противо-ЭДС:

,

где – противо-ЭДС, например, аккумуляторная батарея или якорь двигателя постоянного тока.

При воздействии противо-ЭДС можно получить режим прерывистых токов, где уравнения (3.23) и (3.24) недействительны, т.к. .

При непрерывный режим тока имеет место при любых соотношениях и , и ничем не отличается от случая активной нагрузки при . При дальнейшем увеличении угла управления непрерывный режим тока сохраняется только при значительном преобладании индуктивности . Для без большой погрешности ток нагрузки можно считать идеально сглаженным. Поскольку в простейшей схеме токи вторичных обмоток имеют пульсирующий характер и содержат постоянные составляющие, то в магнитной системе трансформатора возникает ток вынужденного подмагничивания, который может вызвать насыщение трансформатора. Это обстоятельство вызывает необходимость завышать расчетную мощность трансформатора.

3.5. Трехфазная двухтактная вентильная схема (схема Ларионова)

Вентили 1,3,5 образуют катодную, а вентили 2,4,6 – анодную группы (рис. 3.21). Из катодной группы ток пропускает тот вентиль, к аноду которого подводится большее положительное напряжение.

Замечание. Следует отметить, что нумерация вентилей в данной схеме носит не случайный характер, а соответствует порядку их вступления в работу при условии соблюдения фазировки трансформатора (рис. 3.21).

Рис. 3.21. Трехфазная двухтактная вентильная схема

В любом промежутке времени должны быть включены два вентиля – один из катодной, а другой из анодной группы. Поочередная работа различных пар вентилей в схеме приводит к появлению на сопротивлении выпрямленного напряжения, состоящего из частей линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора (ось 2 на рис. 3.22) [1].

Из рис. 3.22 (оси 1 и 2) видно, что моменты коммутации совпадают с моментами прохождения через нуль линейных напряжений (когда равны два фазных напряжения).

В промежутке (0-01) наибольшее положительное значение имеет напряжение , подаваемое к аноду вентиля 1, а наибольшее отрицательное значение – напряжение , подводимое к катоду вентиля 6. Следовательно, в этом промежутке одновременно включены вентили 1 и 6. Через вентиль 1 положительное напряжение подводится к нижнему зажиму, а через вентиль 6 отрицательное напряжение подводится к верхнему зажиму сопротивления . Поэтому выпрямленное напряжение

.

Рис. 3.22. Кривые токов и напряжения при

В точке 01 напряжение , поэтому из анодной группы включается вентиль 2. Так как правее точки 01 напряжение имеет наибольшее отрицательное значение, вентиль 6 выключается. В промежутке (01-02) одновременно включены вентили 1 и 2 и выпрямленное напряжение

.

Очевидно, что амплитуда выпрямленного напряжения

.

К каждому закрытому вентилю приложено линейное напряжение, поэтому амплитуда обратного напряжения

.

Число пульсаций выпрямленного напряжения .

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения (среднее значение) вычисляется для интервала повторяемости выпрямленного напряжения, равного :

где – действующее значение фазного напряжения вторичных обмоток трансформатора.

Действующее значение тока вторичной обмотки (ось 6)

Действующее значение тока первичной обмотки

Максимальное значение тока вентиля

Среднее значение тока вентиля

Действующее значение тока вентиля

Пусть угол управления . В трехфазной мостовой схеме на управляемых вентилях отпирающие импульсы поступают с задержкой на угол относительно нулей линейных напряжений или моментов пересечения синусоид фазных напряжений (рис. 3.23).

В результате задержки моментов коммутации тиристоров на угол среднее значение выпрямленного напряжения, образованного из соответствующих частей линейных напряжений, снижается.

До тех пор, пока кривая мгновенных значений выпрямленного напряжения остается выше нуля, что соответствует диапазону изменения угла управления , выпрямленный ток будет непрерывным вне зависимости от характера нагрузки. Поэтому при углах среднее значение выпрямленного напряжения для активной и активно-индуктивной нагрузки будет равно

При углах и активной нагрузке в напряжении и токе появляются интервалы с нулевым значением (рис. 3.24), т.е. наступает режим работы с прерывистым выпрямленным током.

Среднее значение выпрямленного напряжения для этого случая может быть выражено следующим образом:

где

.

Рис. 3.23. Диаграммы токов и напряжений при углах

Замечание. В режиме с прерывистым током для обеспечения работы данной схемы, а также для ее первоначального запуска на вентили схемы следует подавать сдвоенные отпирающие импульсы с интервалом или одиночные, но с длительностью, большей, чем . Это объясняется тем, что для образования замкнутой цепи протекания тока i_d необходимо обеспечить одновременное включение вентиля анодной группы и вентиля катодной группы.

Рис. 3.24. Диаграммы напряжений при углах и

При изменении угла от 0 до регулировочная характеристика для активной и активно-индуктивной нагрузки описывается формулой

.

При активно-индуктивной нагрузкке и углах , если или отношение таково, что обеспечивается режим непрерывного тока , среднее значение выпрямленного напряжения также определяется по формуле

.

При среднее значение становится равным нулю, значит, это соответствует равенству площадей положительного и отрицательного участков кривой выпрямленного напряжения, что свидетельствует об отсутствии в нем постоянной составляющей (кривая 2 на рис. 3.25).