1.5. Особенности работы выпрямителя на электродвигатель
На электроподвижном составе нагрузкой выпрямителей являются электродвигатели постоянного тока. Электродвигатели при вращении якоря вырабатывают электродвижущую силу, которая направлена навстречу выпрямленному напряжению. Для обеспечения удовлетворительной работы щеточно-коллекторного узла электродвигателей и для снижения потерь электрической энергии в машине пульсации выпрямленного тока применяют сглаживающие реакторы.
Рис. 1.12. Принципиальная электрическая схема выпрямителя при
работе на электродвигатель
Данные факторы оказывают влияние на электромагнитные процессы в выпрямителе и на форму напряжений, токов в элементах электропривода.
Обозначим индуктивность питающей сети и обмоток трансформатора в цепи переменного тока через LT, а индуктивность обмоток электродвигателя и сглаживающего реактора в цепи выпрямленного тока – через Ld (рис. 1.12).
ЭДС двигателя ЕД, которая вырабатывается электродвигателем в обмотке якоря М, направлена встречно выпрямленному напряжению Ud, а при переходе СПП выпрямителя в проводящее состояние она направлена против ЭДС во вторичной обмотке трансформатора еха и еах. ЭДС самоиндукции ет и еd зависят от величины, направления и знака скорости изменения тока, проходящего через индуктивности LT, Ld.
На временной диаграмме напряжений, ЭДС и токов (рис. 1.13) мгновенное значение выпрямленного напряжения ud равно разности еха – ет и еах – ет , или сумме ЕД + еd . Заштрихованная площадь пропорциональна среднему значению выпрямленного напряжения Ud .
В точке А, точке пересечения линий мгновенных значений ЭДС еах и выпрямленного напряжения ud, диоды VD1 и VD3 начинают пропускать ток под действием положительного потенциала на анодах и отрицательного потенциала на катодах. Но диоды VD2 и VD4 еще находятся в проводящем состоянии под действием ЭДС самоиндукции ет. Отрезок АБ соответствует углу коммутации γ, на данном интервале времени все диоды находятся в проводящем состоянии. Ток диодов iVD1, iVD3 возрастает, а ток диодов iVD2, iVD4 – уменьшается. В период коммутации вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко диодами, поэтому выпрямленное напряжение ud приближается к нулю, а ток в замкнутом контуре практически ограничивается индуктивностью LT. Только ЭДС самоиндукции ed поддерживает выпрямленный ток id на этом интервале времени, поэтому он уменьшается. В точке Б коммутация диодов закончена, и выпрямленное напряжение скачком возрастает. На интервале БВ выпрямленный ток (ток диодов VD1 и VD3) начинает возрастать, так как увеличивается еах, а ЕД и еd противодействуют его нарастанию. В точке В еах = ud, а затем становится меньше еах < ud, поэтому нарастание тока прекращается, и он начинает уменьшаться. Когда ud = еха (точка Г на временной диаграмме), происходит коммутация тока, ток диодов VD1, VD3 уменьшается, а ток диодов VD2, VD4 – возрастает. Из временных диаграмм следует, что выпрямленное напряжение ud и выпрямленный ток id не снижаются до нуля, а амплитуда пульсаций ud, id при работе выпрямителя на электродвигатель меньше, чем при работе выпрямителя на резистор Rн.
Рис. 1.13. Временные диаграммы ЭДС, напряжений, токов при работе
выпрямителя на электродвигатель