Коммутация токов в выпрямителях

В начале параграфа 3.2 процесс перехода тока с одного тиристора на другой (процесс коммутации) рассматривался как мгновенный. В реальных схемах из-за наличия в цепи переменного тока индуктивных сопротивлений, в частности индуктивных сопротивлений обмоток трансформатора, обусловленных в основном потоками рассеяния в магнитной системе трансформатора, процесс коммутации имеет определенную длительность. Эти сопротивления определяются из опыта короткого замыкания вторичных обмоток трансформатора. При анализе схем они учитываются в виде общих (для каждой фазы) эквивалентных индуктивностей L_s, представляющих собой суммарную индуктивность вторичной обмотки и приведенную по числу витков индуктивность первичной обмотки. Помимо индуктивного сопротивления на процессы коммутации влияет и активное сопротивление обмоток, но его влияние в нормальных режимах работы значительно меньше. Поэтому здесь мы будем рассматривать процессы коммутации с учетом только индуктивных сопротивлений обмоток, полагая при этом выпрямленный ток идеально сглаженным (соL_d = °°). Учитывая одинаковый характер процессов коммутации в различных схемах, остановимся на наиболее простой схеме выпрямления — однофазной двухполупериодной.

На рис. 3.11 представлены эквивалентная схема однофазного двухполупериодного выпрямителя на тиристорах и диаграммы напряжений и токов,.

Рис. 3.11. Однофазный двухполупериодный выпрямитель:

а — эквивалентная схема; 6 — диаграммы токов и напряжений при коммутации тиристоров поясняющие процесс коммутации токов. Индуктивные сопротивления обмоток учтены введением в схему индуктивностей L_s. Предположим, что в проводящем состоянии находится тиристор VS1. В момент 9, поступает управляющий импульс на тиристор VS2. Поскольку потенциал анода тиристора в этот момент положителен относительно катода, тиристор включается. Начиная с момента 9_t оба тиристора будут включены, и вторичные полуобмотки трансформатора будут замкнуты через них накоротко. Под воздействием ЭДС е_а и е_ь вторичных полуобмоток в короткозамкнутой цепи (контуре коммутации) возникает ток короткого замыкания г_к, который является коммутирующим током. Этот ток можно в любой момент времени, начиная с момента начала коммутации 9_Р определить как сумму двух составляющих — установившейся i'_K и свободной г", которые рассчитываются по следующим соотношениям:

где U₂ — действующее значение напряжения вторичной полуобмотки;

Результирующий ток короткого замыкания с учетом соотношений (3.34) и (3.35) можно записать в виде.

Этот ток направлен от полуобмотки «Ь» с большим потенциалом к полуобмотке «а» с меньшим потенциалом (на рис. 3.11, а указано направление тока i_K при включении тиристора VS2 и выключении тиристора VS1). Учитывая, что выпрямленный ток при соL_d = 00 в период коммутации остается неизменным, можно записать для узла «О» следующее уравнение токов:

где I_d — среднее значение выпрямленного тока или тока нагрузки.

Уравнение (3.37) справедливо для любого момента времени. Пока ток проводит только тиристор VS 1, то i_m = I_d и i_VS2 = 0. На интервале одновременной проводимости тиристоров VSX и VS2 (интервал коммутации тока с тиристора VS 1 на тиристор VS2) i_m = I_d — i_K и i_vy2 = i_K. Когда ток будет проводить только тиристор VS2, то i_VS2 = I_d i_VS{ = 0.

Длительность интервала коммутации характеризуется углом коммутации у, который может быть определен из следующего уравнения [2]:

Обозначив угол коммутации у при угле a = 0 через у₀, можно записать.

Подставляя в исходное уравнение значение у₀, получаем.

Величина угла коммутации существенно влияет на внешние характеристики выпрямителя, определяющие зависимость выходного напряжения выпрямителя от тока нагрузки.

Для выпрямителей большой мощности (свыше 1000 кВт) с высокими значениями напряжений и токов используют многофазные схемы, состоящие из последовательно или параллельно соединенных вентильных мостов.