Раздел: Документация
0 ... 11 12 13 14 15 16 17 ... 49  Рис 2 28 Однофазный выпрямительРис. 2.29 Выпрямитель с искусствен- с нулевым диодом-ной коммутацией тиристоров- а—схема б—диаграммы напряжений и то-а —схема, б—диаграммы напряжении и токовков пряжения, эквивалентное увеличению угла а. Поскольку переключение с одного отвода на другой может осуществляться только дискретно, а не плавно, то данный способ обеспечивает только грубое регулирование выпрямленного напряжения. Кроме того, наличие переключающих устройств, обычно механического типа, снижает надежность и долговечность самого устройства. Для повышения коэффициента мощности однофазных выпрямителей может быть успешно использована схема с нулевым диодом (рис. 2.28). Принцип действия такой схемы во многом подобен принципу действия однофазной двухполупериодной схемы. Однако наличие нулевого диода изменяет характер электромагнитных процессов, протекающих в схеме. Так, если в схеме без нулевого диода ток нагрузки id после прохождения напряжения щ через нуль в момент 9 = я продолжает протекать через тиристор VSt (см. рис. 2.10), то нулевой диод VDQ в этот момент включается (потенциал точки становится положительным по отношению к потенциалу точки а), а тиристор VSt выключается. Ток id будет протекать через нулевой диод до тех пор, пока не будет подан (с задержкой на угол а) управляющий импульс на тиристор VS2, после чего VS2 включается, a VDQ выключается. На интервале проводимости диода VD0 цепь постоянного тока отключена от трансформатора Тр и ток id в цепи нагрузки поддерживается за счет энергии, накопленной в сглаживающем реакторе Ld. Отключение цепи постоянного тока от вторичной обмотки трансформатора предотвращает возврат энергии, запасенной в индуктивности Ld, в питающую сеть, уменьшая тем Самым значение реактивной мощности, потребляемой выпрямителем. На рис. 2.28 представлен ток первичной обмотки трансформатора 4, где штриховой линией изображена его первая гармоника, сдвинутая на угол относительно напряжения питающей сети ие. Если принять коммутацию тиристоров мгновенной (у = 0), как это изображено на рис. 2.28, то coscpsscos.(2.116) Следовательно, благодаря введению дополнительного диода коэффициент мощности выпрямителя улучшается. Основным недостатком схемы с нулевым диодом является увеличение искажения формы тока ic, потребляемого из сети. Степень искажения формы тока »с пропорциональна углу ос и может быть уменьшена за счет его ограничения. Повышение коэффициента мощности может быть достигнуто также за счет использования схем с неполным числом тиристоров. Например, в схеме однофазного мостового выпрямителя, содержащего два тиристора и два диода (по два в одной группе или в одном плече), коэффициент мощности такой же, как" и в схеме с нулевым диодом. Это объясняется тем, что кривые выходного напряжения и потребляемого тока в схеме с неполным числом тиристоров и схеме с нулевым диодом Подобны. Следовательно, первая гармоника потребляемого тока сдвинута по фазе относительно сетевого напряжения на угол (р = ос/2, т. е, коэффициент мощности в схеме с неполным числом тиристоров соответствует (2.116). Потребление реактивной мощности управляемым выпрямителем ИЗ; сети зависит от угла а. Если осуществлять регулирование выходного напряжения за счет опережающего утла а, то выпрямитель будет работать в режиме с емкостной мощностью, т. е. генерируя реактивную мощность в сеть [12]. Подобный режим возможен при такой коммутации тиристоров, когда ток с тиристора, заканчивающего свою работу, переходит на очередной тиристор до наступления момента естественной коммутации, т. е. до <х=0. Коммутация тока в указанном режиме получила название искусственной или принудительной коммутации. В настоящее время существует много различных способов осуществления искусственной коммутации тиристоров, часть из которых рассматривается в § 3.2. На рис. 2.29, а приведена схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом и устройством искусственной коммутации тиристоров УК. Устройство позволяет в любой момент времени выключить каждый из тиристоров, приняв при этом ток нагрузки 1й на себя. Предположим, что ток нагрузки id проводит тиристор VSi. В момент времени §\ (рис. 2.29,6) УК выключает тиристор VSi и ток нагрузки начинает протекать через УК. В момент времени д2, после того как тиристор VSx восстановит свою запирающую способность, подается управляющий импульс на тиристор VS2. Далее в момент времени Э2 происходит принудительное выключение тиристора VS2, а в момент Э3 —включение тиристора VS3. Так как включение тиристоров схемы происходит на угол а раньше моментов естественной коммутации, то ток, потребляемый из сети, как видно из рис. 2.29, б, будет опережать сетевое Напряжение также на угол а (если считать коммутацию мгновенной). Опережающий ток соответствует емкостному характеру реактивной мощности выпрямителя, которая определяется углом а. Основные расчетные соотношения для схем выпрямления, работающих с опережающими углами а, сохраняются такими же, как и для схем, работающих в режиме с отстающими углами а. Использование искусственной коммутации в ряде случаев позволяет получить значительный экономический эффект при сравнительно небольшом усложении выпрямителя в целом. , Искусственная коммутация позволяет значительно расширить область возможных режимов выпрямительных схем, обеспечивающую в общем случае возможность работы тири-сторного преобразователя в четырех возможных квадрантах (см. рис. 3.3). Работа в таких режимах дает возможность регулировать потоки реактивной мощности между сетью и преобразователем. Большую перспективу в этом отношении имеют схемы преобразователей, выполненные на основе запираемых тиристоров (ЗТ) (рис. 2.30). При использовании ЗТ режим искусственной коммутации практически осуществляется выключением соответствующих ЗТ подачей на них управляющих импульсов. Однако при этом необходимо учитывать, что сеть, питающая выпрямитель, содержит фазовые индуктивности (на рис. 2.30—La, Lb и Lc). Поэтому принудительное выключение ЗТ связано с необходимостью сброса энергии, накопленной в фазовых индуктивностях, в какие-либо накопители, обычно» конденсаторы (на рис. 2.30—Сф, Сы и Сст)., - С другой стороны, алгоритм управления ЗТ VSi—VS£ должен учитывать энергию, накопленную в реакторе Lt  \\ *il vs. vs. vs. голубе 4>±Я-4Я- -О Рис. 2.30. Трехфазный преобразователь на запираемых тиристорах Например, для того, чтобы обеспечить снижение фазных токов до нуля при Ld=0, достаточно было бы просто выключить ЗТ (VSi—VS6). Однако при Ьаф0 такое выключение приведет к недопустимым перенапряжениям, обусловленным энергией, запасенной в Ld. Поэтому при Ьйф0 для обнуления значений фазных токов необходимо оставить в проводящем состоянии по меньшей мере два тиристора из одного плеча, например VSi и VSa- Включенное состояние этих тиристоров обеспечит протекание тока Ld реактора Ld в контуре, замкнутом только на нагрузку RH, минуя сеть питания. Преобразователь, выполненный по такой схеме, является универсальным в смысле реализации возможных режимов работы как с отстающими, так и с опережающими углами управления £11]. 2.5. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ НА "ЕМКОСТНУЮ НАГРУЗКУ И ПРОГИВО-ЭДС Емкостная нагрузка характерна для выпрямителей, питающих электронную аппаратуру. Типичными представителями современной электронной аппаратуры являются различного рода радиотехнические устройства, вычислительные комплексы, аппаратура измерений и др. К источникам питания электронной аппаратуры обычно предъявляются высокие требования по качеству выходных параметров. Они должны иметь высокую стабильность напряжения, низкий уровень пульсаций и помех в широком частотном диапазоне, малую зависимость выходного напряжения от температуры и др. Для сглаживания пульсаций в маломощных выпрямителях широко используются емкостные фильтры, обладающие хо- рошими массогабаритными показателями при условии использования их на выходе выпрямителей с малыми токами нагрузки. Наличие емкостного фильтра обусловливает емкостный характер нагрузки выпрямителя, который существенно изменяет режим работы схемы выпрямления. Поскольку работа выпрямителя с емкостным характером нагрузки сходна с работой его на противо-ЭДС, рассмотрим сначала работу выпрямителя на противо-ЭДС, а затем на емкостную нагрузку. Следует отметить, что нагрузка с противо-ЭДС нехарактерна для электронной аппаратуры. Типичными примерами нагрузки с противо-ЭДС могут служить аккумуляторная батарея, заряжаемая от выпрямителя, двигатель постоянного тока и др. Рассмотрим влияние противо-ЭДС на электромагнитные процессы в схеме выпрямления на примере однофазной схемы со средней точкой, в цепь постоянного тока которой включена аккумуляторная батарея с ЭДС Е0 и внутренним сопротивлением RBH (рис. 2.31, а). Обычно в подобных схемах в цепь постоянного тока включается также индуктивность Ld. Предположим, что ключ К замкнут, т. е. индуктивность Ld отсутствует. В этом случае ток id в нагрузке начинает протекать, когда мгновенное значение выпрямленного напряжения ud превышает ЭДС Е0 (рис. 2.31, б), так как только при этом условии к диодам схемы будет приложено прямое напряжение и они будут проводить ток. Ток id, протекающий в этом случае в цепи нагрузки и являющийся для аккумуляторной батареи зарядным, можно выразить следующей формулой, приняв за начало отсчета максимум выпрямленного напряжения: . и„-Е0 уДи2 cos 8-Ео, id--------.(Z.ll/) -"■вннн Очевидно, что интервал проводимости диодов будет зависеть от соотношения амплитуды напряжения вторичной 
Рис. 2.31. Однофазный двухполупери-одный выпрямитель с противо-ЭДС в цени нагрузки: а—схема, б—диаграммы выпрямленного напряжения н тока обмотки трансформатора Jl U2 и противо-ЭДС Е0. Обозначим половину интервала проводимости полупроводниковых приборов через угол 6, который называется углом отсечки тока. Тогда интервал проводимости диодов X можно записать в виде Х=29.(2.118) Учитывая, что отсчет ведется от максимума выпрямленного напряжения, можно записать 2U2cosQ = E0, или =arccos (2.119) 12Щ J Подставляя (2.119) в (2.117), получаем следующее выражение для мгновенного значения тока в нагрузке: /2 id=~-U2 (cos 9 - cos 9).(2.120) -**вн Среднее значение выпрямленного тока (постоянную составляющую) можно определить из соотношения 1 х- /„ = - J(2.121) 71 о Подставляя в (2.121) соотношение (2.120), получаем /, = - Jv JlHl (cos 9 - cos 9) аЪ=hUEl (sin 9 - 9 cos 9). (2.122) Для схемы га-фазного выпрямления уравнение (2.122) принимает -ВИД /, = -*=(sine-8cos8),(2.123) где Щт — амплитуда фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора. Среднее значение тока, протекающего через диод в однофазной схеме, равно IFAV = Id/2.(2.124) Максимальное значение обратного напряжения на диоде иКтах = 2Ди2.(2.125) Таким образом, с ростом противо-ЭДС длительность прохождения тока через диоды в течение каждого полупериода 91 0 ... 11 12 13 14 15 16 17 ... 49
|
||||||||||||||||||||||||||
