2.Содержание отчета

1. Схема виртуальной установки.

2. Выражения для расчета основных характеристик.

3. Внешняя характеристика.

4. Регулировочная характеристика.

5. Энергетические характеристики.

6. Спектральный состав тока потребления.

7. Выводы по работе.

3. Краткие теоретические сведения

Трехфазные выпрямители используют для получения выпрямленного напряжения при больших мощностях в нагрузке. Наибольшее распространение получили трехфазные схемы: схема со средней точкой (схема Миткевича) и мостовая схема (схема Ларионова). Временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу схемы Ларионова при активной нагрузке, показаны на рис. 1.

Шесть вентилей выпрямителя условно разбивают на две группы: VD!, VD3, VD5 — катодная группа (имеет общий катод); VD2, VD4, VD6 — анодная группа (имеет общий анод). Каждый вентиль випрямителя пропускает ток в течение 1/3 периода сетевого напряжения (λ_VD = 2π/3). В анодной группе в данный момент будет работать тот вентиль, напряжение на катоде которого наиболее отрицательно. В катодной группе ток пропускает тот вентиль, которого на аноде наиболее положительное напряжение.

Рис 3.1 Мостовой выпрямитель по схеме Ларионова при активной нагрузке

Таким образом, в выпрямителе одновременно пропускают ток два вентиля: один из катодной, а другой из анодной группы. Выпрямленное напряжение определяется в любой момент разностью напряжений фаз с наиболее положительным и наиболее отрицательным напряжением, т. е. линейным напряжением. Так как каждая фаза связана с двумя вентилями, по ней протекает ток этих вентилей. Этот ток протекает за период сетевого напряжения дважды в противоположных направлениях. К неработающему в данный момент вентилю приложено обратное напряжение, равное разности напряжений фазы, связанной с данным вентилем, и фазы, на которой в данный момент наиболее положительное напряжение.

Максимальное значение обратного напряжения_на вентиле равно амплитуде линейного напряжения: U_{обр max} = E_2лин = E_2ф.

В рассмотренном случае считается, что ток с одного вентиля на другой переходит мгновенно, т. е. осуществляется мгновенная коммутация. Однако в выпрямителях большой мощности, к которым относятся трехфазные выпрямители, существенное значение имеют индуктивности рассеяния обмоток трансформатора. При протекании тока в этих индуктивностях накапливается энергия, которая не может мгновенно рассеяться при запирании вентиля, связанного с данной обмоткой. По этой причине ток в проводившем ранее вентиле спадает до нуля не мгновенно, а в течение какого-то интервала времени. Аналогично ток в вентиле, который вступает в работу, не может скачком увеличиться до своего номинального значения. При этом в течение интервала времени γ оказываются открытыми два вентиля в катодной или анодной группе, а всего в выпрямителе на этом этапе включены три вентиля (рис. 1, в). Интервал времени γ называется углом коммутации, а само явление одновременной работы вентилей из одной группы — явлением коммутации. В результате явления коммутации длительность работы вентиля увеличивается, т. е. λ_VD = 2π/3 + γ. Соответственно удлиняется интервал работы фазы трансформатора. На интервале коммутации напряжение в общей точке отпирающегося и запирающегося вентилей равно полусумме напряжений коммутируемых фаз, т. е. меньше, чем в обычном режиме. В выпрямленном напряжении вследствие явления коммутации получаются вырезанные участки. В результате среднее значение выпрямленного напряжения уменьшается, а коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя увеличивается. Длительность интервала коммутации γ пропорциональна индуктивности L_s рассеяния, а также току I_ср нагрузки.

Трехфазная мостовая схема выпрямления обладает высокими качественными показателями, к которым относятся:

небольшое значение максимального обратного напряжения на вентиле U_{обр max} ≈ 1.05U_ср;

хорошее использование трансформатора по мощности и отсут­ствие вынужденного намагничивания;

малый коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения К_п ≈ 6 %;

повышенная частота пульсаций выпрямленного напряжения (кратность пульсаций выпрямленного напряжения т = 6).

Коэффициент пульсаций (отношение амплитудного значения переменной составляющей на нагрузке к среднему значению выпрямленного напряжения) К_п =U_max/U_ср, где U_max — амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения.

Кратность пульсаций выпрямленного напряжения т — число пульсаций выпрямленного напряжения за период сетевого напряжения.

Угол коммутации γ — интервал одновременной работы двух вентилей одной группы (катодной_или анодной), определяется по формуле 1 - cosγ = I_срωL_s/( E₂sinπ/m), где L_s — индуктивность рассеяния; E₂ — действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора; ω — круговая частота питающей сети.

Угол работы вентиля соответствует времени, в течение которого в вентиле протекает непрерывный ток: λ_VD = 2π/m₂ + γ, где m₂ — число фаз вторичной обмотки.

Коэффициент использования трансформатора по мощности К_исп = P_ср/S_т, где P_ср — мощность постоянных составляющих в нагрузке; Р_ср = U_ср / I_ср; S_т — типовая мощность трансформатора.

Схема трехфазного мостового (двухполупериодного) управляемого выпрямителя представлена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель

Управление выпрямителем заключается в за­держке на угол а моментов отпирания однооперационных тиристоров выпрямителя относи­тельно точек их естественного отпирания. Кривые напряжения на выходе трехфазного мостового выпрямителя в зависимости от угла а показаны на рис. 3.3. Поскольку в трехфазной мостовой схеме выпрямлению подвергаются линейные напряжения, то кривая выходного напряжения состоит из участков линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора. Кривые выходных напряжений мостов закрашены темным цветом. При изменении угла а в диапазоне от 0 до 60⁰ переход точки кривой выходного напряжения моста с одного линейного напряжения фазы на другое осуществляется в пределах положительной полярности участков линейных напряжений.

Рис. 3.3. Напряжение на выходе трехфазного мостового УВ

при =60⁰ и >60⁰

При а>60° в кривой выходного напряжения появляются паузы. Выходное напряжение становится равным нулю при значении угла а = 120°.

Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от угла (регулировочная характеристика) при < 60° определяется выражением:

U_н= ,

где U_Нmax = 2,34U_{2 .}, U₂ -фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Участок регулировочной характеристики на интервале 120°> а >60° находится из выражения:

U_н= .

Регулировочная характеристика трехфазного мостового выпрямите­ля приведена на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Регулировочная характеристика трехфазного