1. Комутація в однофазних схемах
У реальних схемах через наявність у вхідному ланцюзі змінного струму індуктивних опорів, зокрема індуктивних опорів обмоток трансформатора або вхідних реакторів, процес комутації має певну тривалість, тобто процес переходу струму з одного вентиля на інший відбувається не миттєво, а з деякою постійною часу контуру комутації.
Рис.1. Процеси комутації: а - схема; б # 150; осцилограми
Крім індуктивного опору, на процеси комутації впливає і вхідний активний опір обмоток трансформатора, але його вплив в нормальних режимах значно менше. Тому розглянемо процеси комутації з урахуванням тільки вхідних індуктивних опорів (), вважаючи при цьому випрямлений струм ідеально плавним ().
З огляду на однаковий характер процесів комутації в різних вентильних схемах, зупинимося на найбільш простою схемою випрямлення # 150; однофазної двонапівперіодною (рис.1, а).
Індуктивні опору обмоток силового трансформатора враховані введенням в схему индуктивностей; і # 150; миттєві значення ЕРС вторинних полуобмоток.
Припустимо, що в провідному стані знаходиться вентиль. У момент надходить отпирающий імпульс на вентиль.
Оскільки потенціал анода вентиля в цей момент позитивний щодо катода, вентиль включається (рис.1, б).
Починаючи з моменту обидва вентилі будуть включені, і вторинні полуобмоткі трансформатора виявляються замкнутими через вентилі і з'єднує безпосередньо. Під впливом ЕРС вторинних полуобмоток і в короткозамкненою ланцюга (контур комутації) виникає струм короткого замикання, який є коммутирующим струмом.
Цей струм можна в будь-який момент часу, починаючи з. визначити як суму двох складових: усталеною і вільної, які розраховуються по наступних співвідношеннях:
де # 150; діюче значення напруги вторинної полуобмоткі трансформатора; ; - кут управління.
Результуючий струм короткого замикання можна записати у вигляді
З огляду на, що випрямлений струм при в період комутації залишається незмінним, можна записати для вузла 0 або наступне рівняння струмів:
де # 150; середнє значення випрямленого струму або струму навантаження. Останнє рівняння справедливе для будь-якого моменту часу. Поки струм проводить тільки вентиль, отримуємо
В інтервалі комутаційного процесу () від до ток плавно збільшується, а зменшується. Коли струм буде рівним, а струм знизиться до нуля, вентиль вимкнеться, і струм навантаження буде протікати лише через вентиль.
Тривалість інтервалу комутації характеризується зазвичай кутом комутації, який може бути визначений для розглянутої схеми з наступного рівняння:
Зауваження 1. Тривалість протікання струму в вентилях в порівнянні з ідеалізованої схемою збільшується на кут і стає рівною.
Зауваження 2. Процес комутації безпосередньо впливає на випрямлена напруга, так як на інтервалах комутації миттєве значення випрямленої напруги в розглянутій схемі знижується до нуля. В результаті цього відбувається зменшення середнього значення випрямленої напруги на.
Часто зустрічається вираз, що не завжди виправдано, тому що є ще коефіцієнт схеми.
3. Зовнішні характеристики випрямлячів
Зовнішньою характеристикою випрямляча називається залежність випрямленої напруги від середнього значення струму навантаження, тобто .
Зовнішня характеристика визначається внутрішнім опором випрямляча, яке призводить до зниження випрямленої напруги з ростом навантаження. Зниження напруги обумовлено активним опором схеми випрямляча, падінням напруги в вентилях і індуктивним опором, яке проявляється при процесах комутації.
Відповідно зовнішню характеристику випрямляча (при) можна записати у вигляді наступного рівняння:
де знаходиться за виразами (7-9);
; ; ; # 150; падіння напруги на вентилях (0.5. 2) В. - в режимі безперервних струмів; - з регулювальної характеристики для кожного окремого випадку; - при роботі випрямляча на якір двигуна постійного струму [1].
4. Робота випрямлячів на протидії ЕРС
Розглянемо вплив протидії ЕРС на електромагнітні процеси в схемі випрямляча на прикладі однофазного схми з середньою точкою, в ланцюг постійного струму якої включена акумуляторна батарея з ЕРС Е0 і внутрішнім опором Rd (рис.5, а).
Рис.5. Випрямляч з протидії ЕРС: а # 150; схема, б # 150; діаграми напруги і струму
Припустимо, що ключ замкнутий, тобто індуктивність відсутня. У цьому випадку струм в навантаженні починає протікати, коли миттєве значення випрямленої напруги перевищує ЕРС (рис.5, б), так як тільки за цієї умови до вентилів схеми буде докладено пряме напруга, і вони будуть проводити струм.
Струм id. протікає в цьому випадку в ланцюзі навантаження, можна виразити наступною формулою, прийнявши за початок відліку максимум випрямленої напруги:
Очевидно, що інтервал провідності вентилів буде залежати від співвідношення амплітуди напруги вторинної обмотки трансформатора та протидії ЕРС. Тоді інтервал провідності вентилів можна записати у вигляді
З огляду на, що відлік ведеться від максимуму випрямленої напруги, можна записати
де # 150; амплітуда фазного напруги вторинної обмотки трансформатора.
Якщо в ланцюг постійного струму включена індуктивність (ключ розімкнути), то пульсація випрямленого струму зменшується і при стає рівною нулю. В цьому випадку можна записати
де # 150; середнє значення випрямленої напруги з регулювальної характеристики.
Приклад. Розрахувати інтервал провідності і середнє значення струму вентилів некерованого випрямляча, виконаного за однофазною схемою з середньою точкою і працює на протидії ЕРС.
Вихідні дані такі:
діюче значення напруга вторинної полуобмоткі трансформатора;
противо-ЕРС в ланцюзі постійного струму;
внутрішній опір джерела протидії ЕРС;
індуктивність в ланцюзі постійного струму Ld = 0.
Визначимо по (11) кут відсічення вентилів:
Тоді інтервал провідності вентилів
Середнє значення випрямленого струму
Середнє значення струму вентиля одно
1. На які параметри схем випрямлення впливають комутаційні процеси?
2. Від яких параметрів схем випрямлення залежить падіння напруги в комутаційний період?
3. Що розуміємо під зовнішньою характеристикою, і які параметри схеми впливають на її характер?
4. Яким чином впливає протидії ЕРС навантаження на параметри вентильного перетворювача?
5. В однофазної схемою рис.1 знайти падіння напруги в комутаційний період, якщо відомо, що,,,.
6. В однофазної мостової схемою випрямлення знайти падіння напруги і кут комутації, якщо відомо, що,,,,.
7. Знайти напруги зовнішньої характеристики трифазного мостового випрямляча при холостому ході і при навантаженні, якщо відомо, що,,,,.