 |
Расчет процессов коммутации выпрямителя
|
|
|
|
В несимметричном выпрямителе происходит два процесса коммутации:
1) сетевая коммутация неуправляемых вентилей-диодов в начале каждого полупериода напряжения сети;
2) регулируемая (фазовая) коммутация управляемых вентилей-тиристоров в пределах каждого полупериода напряжения сети.
Сетевая коммутация происходит при смене полярности напряжения сети на интервале угла 
, когда изменение полярности напряжения вторичной обмотки трансформатора приводит к возможности открытия диодов VD1 и VD2 (в зависимости от номера полупериода) и закрытия соответственно VD2 или VD1. На интервале угла , ток 
во вторичной обмотке трансформатора (этот ток является одновременно и током коммутации 
т.е. 
) уменьшается от величины до нуля вследствие запирания диода VD2 в одном полупериоде или диода VD1 в другом полу периоде.
Процесс уменьшения тока от 
до нуля во вторичной обмотке трансформатора не может происходить мгновенно, так как трансформатор обладает индуктивностью 
, возникающей в его вторичной обмотке ЭДС самоиндукции
задерживает процесс спадания тока на угол коммутации , величину которого можно определить из условия, что в интервале этой коммутации будет соблюдаться следующее равенство:
.
Отсюда
 +  ,
| (2.1) |
где 
- амплитудное значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора, В;
- угловая частота, 
;
- индуктивное сопротивление обмоток трансформатора.
Из выражения (2.1) можно вывести следующее уравнение:
| (2.2) |
где 
- амплитудное значение тока вторичной обмотки трансформатора.
На интервале сетевой коммутации ток коммутации совпадает (например, для первого полупериода стрелка «справа-налево») с проводящим направлением тока вентиля VD1. Он направлен встречно току 
, проходящему через вентиль VD2. В другом полупериоде вентили меняются местами. В общем виде выражения токов 
и 
в процессе коммутации можно записать как 
(нарастающий ток) и как 
(спадающий ток). Сетевая коммутация , заканчивается при уменьшении тока через вентиль VD2 до нуля, т. е. когда как
|
|
|
.
Отсюда, подставляя уравнение (2.2) в выражение тока при условии 
, получим
| |
Это выражение позволяет получить следующую формулу
 (2.3).
|
Индуктивное сопротивление трансформатора 
определяем из опыта его короткого замыкания
| (2.4) |
Подставив выражение (2.4) в (2.3), получим
| (2.5) |
В интервале регулируемой коммутации от 
= 
до = 
управляемых вентилей-тиристоров напряжение вторичной обмотки трансформатора 
также равно нулю, как и во время сетевой коммутации диодов, так как обмотка замкнута накоротко тиристорами, находящимися в открытом состоянии во время этой коммутации, т. е.
.
Аналогично процессу сетевой коммутации получим выражение тока коммутации 
:
| (2.6) |
Регулируемая коммутация заканчивается при уменьшении тока через VS1 до нуля, т. е. когда 
. Следовательно,
Подставив в это выражение формулу (2.4), получим
| (2.7) |
При 
выражение (2.7) будет иметь вид
| (2.8) |
Подставляя заданные значения 
и принимая 
для номинального режима нагрузки, вычислим углы коммутации и 
:
,
.
Выполним расчёт и построение кривых токов 
и , протекающих через неуправляемые вентили VD1 и VD2 во время сетевой коммутации (угол ). Согласно выражению (2.2) для нарастающего тока через VD1, запишем
Тогда для спадающего тока через VD2 запишем
Подставляя в эти формулы значения 
и выражение (2.4), получим
Для построения кривых тока s w:val="28"/><w:lang w:val="EN-US"/></w:rPr><m:t>i</m:t></m:r></m:e><m:sub><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:fareast="Times New Roman" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/></w:rPr><m:t>VD1</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></wx:sect></w:body></w:wordDocument>"> и s w:val="28"/></w:rPr><m:t>i</m:t></m:r></m:e><m:sub><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:fareast="Times New Roman" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/></w:rPr><m:t>VD2</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></wx:sect></w:body></w:wordDocument>"> необходимо задаться десятью значениями угла 
, где n = 0,1,2,..., 10 в диапазоне от 
до т.е. 
. Результаты расчета свести в таблицу 2.1
|
|
|
Таблица 2.1 - Токи диодов VD1 и VD2 во время сетевой коммуникации
| ωt | 
|
|
|
|
|
|
|
|
| 
|
| ||||||||||
|
По данным таблицы 2.1 необходимо построить временную диаграмму токов 
(рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Временная диаграмма токов диодов VD1 и VD2 во время сетевой коммутации
Расчет и построение кривых токов 
и 
протекающих через управляющие вентили-тиристоры VS1 и VS2 во время регулируемой коммутации, выполним аналогично кривым токов и . Согласно выражению (2.6) в номинальном режиме при 
и с учётом (2.4) для нарастающего тока через VS2 запишем
.
Тогда для спадающего тока через VS1 запишем
.
Для построения кривых тока и необходимо задаться десятью значениями угла 
, где n= 0, 1, 2, …, 10 в диапазоне от 
до 
, т.е. 
Результаты расчёта надо свести в таблицу 2.2.
Таблица 2.2 – Токи диодов VD1 и VD2 во время сетевой коммутации
| 
| + 
| +2
| +3
| +4
| +5
| +6
| +7
| +8
| +9
| 
|
| |||||||||||
|
По данным таблицы 2.2 необходимо построить временную диаграмму токов 
(рисунок 2.2).
Анализ кривых токов тиристоров VS1 и VS2 показывает, что коммутация токов этих тиристоров протекает практически прямолинейно (сравните с сетевой коммутацией диодов VD1 и VD2).
|
|
|
Рисунок 2.2 – Временная диаграмма токов тиристоров VS1 и VS2 во время регулируемой коммутации
|
|
|
