Poluprovodnikovye_vypryamiteli_1978

У/У .d!Y

Рис. 2-26. Последовательное и параллельное соединение выпрями­

тельных схем.

100

МОСТОВ (иа! и UdП) и токи 'перви'!ньtхобмотOI{ трансформаторов

и'! И i''r) суммируются. Предположим, что выпрямлеиные напряже­

ния :обеих мостовых схем равны (UdI=UdП). Период пульсаций

в трехфазной мостовой схеме, как это было показано выше, равен 1/6 периода питающего напряжения. Сложение двух выпрямленны.х

напряжений, имеющих шестикратную пульсацию и смещенных, друг

относительно друга на 30"', дает в реэультате'Кривую напряжения

с периодичностью пульсаций в 1/12, часть периода. Таким образом,

выпрямленное' напряжение двухмостовой последовательной схемы по

своей кратности пу.'IьсацпЙ 'соответствует 12-фазноЙсхеме. На

, выпрямительных схем одинаковы, то при одинаковых мощностях

отдельных выпрямителей равны и выпрямленные токи. Коэффи­

циеиты трансформации. обоих трансформаторов (определяемые по

.'IинеЙным напряжениям k",--.и1л/u2л) также должны быть одинако­ вы; .в результате вторнчные фазные токи у отдельных трансформа­

торов совпадают. Форма кривых первичных.фазных токов одинакова

с ,формой вторичныI,, но первнчные фазные токи отличаются' по' зна­

чениям. Амплитуда первичного фазного тока трансформа'тора У/У

равна 1djk T , а аМПJ1итуда первнчного фазного тока трансформатора

д!у соответственно 1a/kT vз. Так как первичная обмотка второго

,трансформатора соединена треугольником, то его линейный тОК MO~

жет быть получен как р'азность фазных токов. Используя построе:

ние, сделанное при рассмотрении работы трехфазной ~'rостовой cxe~1Ы,

можно получить кривую первичиого линейНОГО 'тока второго транс­

форматора itrl, приведенную иа рис.'2-27,д. Результирующий ток ip , ,

потребляемый всей схемой из сет.и, легко получается суммнрованием i'r и iff J• Как видно из рис.2-27,г-е, где :rриведены кривые токов i'l,

{'1, ip , форма. кривой -суммарного тока ip , потребляемого всей схемой

из -сети, приближается к -синусоидальной.

Питание каждой из мостовых .схем можно осуществлять не от

двух отдельных трансформаторов, а от одного трехобмоточного.

ВЭТОIIf случае вторичные {Jбмоткитрансформат.ора соединяются одна звездой, а другая треугольником. Использование одного трех­ обмоточного трансформатора вместо двух двухобмоточных может

дать в некоторых случаях определенные экономические выгоды.

Создание подобных схем возможно и. с большим 'числом выпря­

мительных мостов. ,Например, можно ВКJIючить последовательно со

схемой, представленной на рис. 2·26,а, еще точно такую же схему,

питаемую со стороны переменного тока через фазосдвигающийтранс­ форматор ФТ с углом сдвига 15" ,[Л. 20, 21]. Подобная схема пред­ ставлена на рис.2-26.б. В этом случае можно получить пульсацию

выпрямленного напряжения с кратностью,· равной 24,' и практически'

синусоидальную кривую потребляемого тока с малым содержанием

высших гармонических. Можно получить схему и с 3В-кратной пуль-

'."""

\ -' \,

своей форме аналогична крiIвойтока для случая последовательного

со~динения. двухu мостов (рис.2-27,е). Токи в вентилях pac'CMOTpeН~

нои·пара.'Iлельно\,! схемы' в 2 раза меньше; чем'В СJIучае одномосто­

BO~O выпрямитеJIяна ту же .мощностЬ. ПОЭТО:VIУ применение ;rюдоб­

нои схемы цеJIесообразно в установках на ,большие токи, где может

потр"боваться параЛJIеJIыrое соединение большого числа вентилей. '

2-9. ВЫСШИЕ ГАРМОНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ И.ТОКА

В СХЕМАХ ВЫПРЯМИТЕЛЕй ,

а) Высшие, rармоникн в КРИВОЙ вЬ!прямпенноrо

Кривая. вьшрямленного напряжения любой схемы вы­

прямления всегда содержит две составляющие: по­

стоянную, равную среднему выпрямленному напряже­

цию, и переменную, .которая состоит из. определенного

спектра гармоник. Если рассмотреть наиболее часто

встречающийся режим - работу выпрямителя с большой.

сглаживающей индуктивностью, при которой ток id не-

наковую регулировочную ха­

рактеристику Ud=UdO cos а.

.и один и тот же предельный

угол управления aM-90~. Это позволяет объединить

раосмотреНlие 'схем и полу­

чить формулу, одинаково

пригодную для нахождения амплитуд 'высших гармоник выпрямленного напряжения для всех рассмотреиных ра­

нее схем выпрямления.

I На рис. 2-28,а-в приве­ дены кривые Ud для однофаз­ ной, трехфазной и шес;тифаз­ ной схем со средней точкой.

Рпс. 2-28. Кривые выпрямденного

напряжения однофазных и много­

фазных схем.

104

Для однофазной мостОВОМ схемы кривая Ud. будетиметъ такой же вид, как на рис. 2-28,а. Для шестифазной

схемы с уравнительным реактором и трехфазной МОСТО-, вой 'схемы !J\!ривая 'иа анаJюгична ,кривой,:приведенной на рис. 2-28,6, только В первом с.lучае· из-за работы урав."" нительного реактора амплитуда синусоид будет' равна

VвU2ф/2, а в мостовой схеме это будет амплитуда ли- '

нейн6го напряжения вторичной-обмотки трансформатора

:Кривые выпрямленного напряжения, как видно IIЗ

рис. 2-28,а-в, представляют собой периодические функ­

ции.. Очевидно, подобные функции удовлетворяют ,усло­

виям Дирихле и могут быть разложены":В ряд Фурье.

Ряд будет содержать постоянную состаВJIЯЮЩУЮ, первую

гармонику, период которой будет равен периоду исход­

ной функции, и спектр .высших гармоник, частоты кото­ рых кратны частоте первой гармоники.

В общем виде .выпрямленное напряжение иа может

кратность пульсаций в кривой выпрямленного напряже­

СJIедующие выражения: .

о

(2-167)

:TI2~;;~I:~ .

'; во д.rIя Л1Qбойсхемы' выIJямления;;т/ilккакK . MOMe~T

"". включения "очередного ,'вентиля, всегда отстоит "от, нуля,

, "вdй'схемы представляет собой амплитуду фазного на­

пряжения; втори~ной, обмотки' трансформатора",' Uт '

,становку ro!=mro, получим:

"".""'2'о;/m' " '"""'" ....

Аn:-иm :,Jc~S;(&":"'~/m+a)cris,nm&d&; (2-169)"

В результате для Цnт может быть получено следую­

щее выражение: "

'iфямл'енным напряжением управляемого выпрямите-

ля Ud;, '

.Следовательно,

"";:\!,"~

t ~,1

"

'Часто вра,счетах"

'\'

Трафики ,мосrовойсхемы (тв)

O,J:i

2.29. 3ависимостьвысmих гар­

НОК 2-29 наглядно показывает, ЧТО сУве.лиЧением угла:

управления наблюдается' быстрый рост' высших гар'МО­

ник в I<РИВОЙ выпрямленного наriРЯ}i{енИя. ' ,

б) ВЫ~,шне rармоники, в крквонпервичноrо тока

Вltlпрямителя ' ,,' , '

Крива{! переменн(}го тока',потребляемог~выпрямителем

изпитающей сети, несинусоидальна; онасодержитос~

На рис. 2-'30,а-д riредставленыI. наиболее характер.

ные кривые ТОКОВ,потребляемых выпрямителями изсс~ ,

,ти. Кривые построены для режима работы управляемого'

выпрямителя с идеально сглаженным: током 1;' Форма

'.' "lНачала кривых с~ещенытак, ~ТОбыдл'яудо~~т~а расчетов'

их ,ОСИ ,СИММ,еТРИI! кривои ПРОХОДИЛИ через, ТОЧКУ nj2,:'г '

.':" , , '. '.'. ':," ", ,/r

кривой первичного тока,' изображенная ~аРИС:2-30~', '

принадлежит однофазной двухполупериодной и,оДноф з­

ной мостовой схемам. Кривая тока рис. 2-30,ботноси ся

К случаю работы, однофазной" схемк с нулевым веНТИ­

лем~ Кривые токов, представленные на рис. 2-30,в'и г,'

принадлежат трехфазщ)й МОСТОВОЙ схеме и шестифазной

~xeMe с уравнительным реактором при разных схемах

соединения первичной обмотки питающего трансформа­

{}

8)

·Рис. 2·30. Кривые ,потребляемого;И$ питающей

,\;ожитель l!Vз при амплитуде,кривой рис. 2-30, z

при т из условия, что как первая, так и вторая cxe~ы

имею, 'одинаковые выпрямленные н'апряжения И, отдают ,

одишiковый выпрямленный ток. Кривая тока. изобра-,

женная на рис. 2-30,д, представляет, собой результирую­

,i= ~:T [Sin&++Sin3&+

'+-}sJП·5&+!... +-~ sin(n&)+ ... J: '(2-174)

Кривая содержит только нечетные гармоники. Амплитуда любойгармоники I nm в этом случае может

б~IТЬ представлена следующим выражением:

Относительное значение высших гармоник в долях:

амплитуды основной гармоники равно:

,Гармонический состав тока графически может быть'

представлен дискретным спектром. На рис. 2-31,a пciка­

зана основная часть спектра кривой тока,' изображен­ ной на рис. 2-30,а.

Разложение кривой тока однофазного выпрямителя с нулевым вентилем (рис. 2-30,б) удобнее выполнить,

перенеся начало отсчета вправо на n/2. в этом случае

'.'А~tПЛИТУДЫБыс~и~гармоник

, лирования·Быщ}ямителя;' "

789 10 .1f 12.1J JЧ 15

,разложение кривой тока трехфазного MOCTOBOro BbI~

Прямителя(рис. 2~30,в) может, быть получено из (2-177), ,если Подставитьтудаа=n/3. В этом случае разложение

+:.~_.COS3';"I\CQ;1l&.+:~..],

".,;Н ри,С. 2-31,6 показана,::частьсп~ктра'ВЫСlU'ИХ:'~Jар,~

: монич ~~их кривой пеРВИЧНОГОТО,ка трехфазной i M<?:C10~'­

ВОЙ cxe~ы (рис. 2~30,в). ,." ,'.: (,1',';<>/',i'

: В случае соединения, первичной()б~отки тра~сф()р~а-

тора В' треугольниккри~ая пеРВИЧНОГО'iJIиней~ого, ~OK~

трехфазной', MocfOBO~ ,схемы, име~т вид',' приведен,НЫЙН~,

рис~· 2-ЗО,г.:ФаЗнЫетоки' первичной ОБМОТКИ,.совпадают '

по форме с' кривой, показанной' на рис.' 2~З9,в.. ОЧ~,ВИJ!­

но,. что линейный ток, ,ЯБляющийсяразностью" фазных:

токов,', содержит только гармоники,'имеЮIЦиеся в фаз-

ных токах. ,,' " , , " ' .." ..• '" . , " , ,... ' "

Для удоб~~Ба рассмотрения переНесе:МlIачаJIООТСЧ~-', та на кривой' PI1c.2-ЗО,гвправонаn/2;.' Тогда ;кривая:, ,линейного тока будет симметрична какотносительн,О

, ' осиабсiщ,сс,так.и:относитеm;'нО :осиордиНа:т.В этом

',i'СJIучае,~каК,этопока:занов [Л. 22], разложение '8,ряд;

.' lilm~-1-"5iCOS n&d&.,

;, ,11:, О " : ,,', '

ВслеДСТБиетого, ,что'функция i'имеет простойгра'<:: фик, /Т;m найТи довольно легко. В результате, использул

формулы'(27J81) и (2-182); можно: получить, разложе­ ние кривой рис. 2-30;г в тригонометрический ряд:

.,. i2~:d rcos&+~cos.5~-

'1 С~S7&--Л-·С~S11&+~.~J;

,Сравнивая формулы, (2-179) и (2-183)," можно сде- "

лать вывод, что гармонический состав тока при'соеди-,

ю~нии первичнойобмотки,г трансфI1рматора в. трёуголь­

ник В,количественном отнОшенииосталсЯ.'темже, что' и

,,'В;9лучаесоеДиненИязве;щоЙ. Амплитуды одноименных

'гармоник приус.ловиира:венстваld и" Vd ьбеих~х ь:

равны. Различие наблюдается в изменении фаз нек О;

рых гармоник (б-й И 7-Й). Спектр, гармониккр ои

рис.2~30,г одинаков со спектром для кривой рис. 2 Oj6.

В 'случае применения комбинированных cxe~

(рис. 2~26,a, 8),0 которых говорилось выше, сумм) рныи

потребляемый ток представлен на рис. 2-30,д. Так как

первичные 'токи отдельных трансформаторов/ с:емы

представлены на рис;' 2-30,ви г,ТО результирующии ток при параллельном соединении трансформаторов может быть получен простым суммированием эти: кривых по

мгновенным значениям. Разложение кривои рис. 2~30,д

нетрудно получить как суммуразложений для кривых

1= 4 ~/d [С05&,_1 С0511&+ 11з С05 13&;- .•• }

" "(2-184)

Из формулы (2-184) видно, что в Е:РИВОЙ рис. 2-30,д

имеются высши'е гармонические порядка начиная С один;

надцатого. Относительное значение, амплитуды высшеи гармоники /nт по::'прежнему равно 1/n.

Частотный спектр кривой 'рис. 2-30,д преДСТ8f3лен на

рис, 2-31,8. , " u

Очевидно, что чем меньше амплитуда высшеи гармо­

нической и чем выше ее порядок, тем легче решается

вопрос ее фильтрации. С этой точки зрения схемы с 12-кратной пульсациеЙUd имеют неоспоримые преиму­

щества.

Проведениый анализ показывает, что гармонический

состав кривой первичного тока связан с периодом по­

,Относительные значения амплитуд высших гармоник

вдолях амплитуды ,основной гармони~и определяются

для всех схемпри L d , '00 следующим, соотношением: "

(2-.186)

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ 05ЗОР СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ

ми показателями,' по которым проводится СIНIВ1Jе1iие 'различ-

дJIЯ удобства сравнения все основиые соотношеиия и параf.\ет'ры paCCMo~peHHЫX выше схем, ~риведены 'в СВОдных таб.rr. 2-1 и 2-2.

аJОДНQфазныевыпрямители

С точкизреИИЯИСПОJIьэоваииятрансформатора одиофазi!ая мостовая

,схеМа БОJIее выгодна, чем однофазная ДВУХП'ОJIупеРlIодная схема со средней точкой. Соответствующие коэффициенты повышения" paC'IeT-

ной мощности для однофазной мостовой схемы и однофазной схемы

сх:мах одинаковы. Использование вентилей по напряжению в мосто­

вои.схеме лучше (ku в мостовой схеме равен :л/2, а в схеме cocpeд~

'ней точ~ой :л), но мостовая схема ТР,ебует ,в '2 раза большего числа

вентилеи. Поэтому ДJIЯ выпрямитеJIей ннзкого напряжения, где

обратное напряжение на вентиле мало, "удобнее использовать одно­

,По пульсациям выпрямленного напряжения и гармоническому

составу, потребляемого из сети тока обе схемы, совершенно одинако- ,

вы. Применение в управляемых однофазных выпрямителях нулевого

вентиля повышает кОЭффициент мощности схемы в случа'е работы

выпрямителя, на активно-индуктивную нагрузку: ,Гармонический со­

став потребляемого иа сети тока заВ!iСИТ в этом случае от УГд3

,ИСПОJIьзование однофазной мостовой схемы с непо.rrны;vr числом

управляе;VIЫХ Ве;?тилей ПОЗВОi!.яет сократить наполовину число управ­ ляемых вентилеи. Режим этои схемы анаЛОгичен случаю работы BЫ~

прямителя с нулевым вентилем. При этом функцию нулевого вентиля

несут поочередно основные вентили. ,

[(ак это видно из табл. 2~1 и 2-2,ОДНОфазные схемы обладают

Доводьно хорошим ИСПОJIЬЗ0ванием трансформатора, но ,степень

Iпульсации выпрямленного напряжения и гармоники в кривоj1 потреб­

БJ МноrОфазные выпрямители

Многофазные схемы обладают по сравнению'с Од'нофазными ря­

дом определенных преимуществ. I( ним относятся меньшие высшие гармоники в' кривой выпрямленного :напряжения и кривой потреб-

геЛ~III"Х . трансформаторов, а' также И?,:зан(юбходимости (В Iслучае

l1араллельного: включения схем) ,дополнительиого уравнительного

,', ре~кт!>ра.Суммарная успiнрвленная lIIощность',траНСФОР!1атррного

·.оборудо~ания в комбинированных схемах будет несколько выше. 'о '

С,

,}"

внеШНИЕ 'ХАРАIПЕРИСГИI<ИИЭНЕРГЕТИЧЕСI<ИЕ '.ПОКАЗАТЕЛИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙi," ..

3-1. 'ПРОЦЕССI<ОММУТАЦИИ ТОКОВ (ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ)

Во всех pac~iIo;peHHbIx ранее случаях работы'идеа­

лизированного выпрямителя переход тока с вентиля на

вентиль: (коммутация тока) происходил мгновенно.

В реальной. схеме мгновенный переход, тока' с вентиля '.

' .. ' на.вентиль ,невозможен из':за.'наJIиЧия в, контуре комму-

тации определенной индуктивности, равной' д.'Iя'боль­

шинства схем сумме, приведеннойко вторичной обмотке

трансформатора ,индуктивности питающей сети и индук­

,тивности' рассеяния.обмоток: Время, >в течение KOTOPOfuO

происходит переход, тока с одного. вентиля надругои, ,

обычно иэмеряетсявугловоймере и называется углом

'изменения в работу реальной схемы выпрямления: И3·

меияются формы кривых токов и напряжений на эле~

ментах выпрямителя, высшие гармоники в'кривой вы-.

.прЯмленного напряжения и потребляемого тока, а также

ходвнешiшх,-и регулировочных характеристик. Естест-

венно, что эти изменения скажутся и на количествеНИЬJХ,

соотношениях между токами и напряжешiяМИ.В схеме выпрямителя. Изучение процесса коммутации-с учетом

всех' влияющих. факторов .достаточно сло~но. Имеет

смысл расчленить рассмотрение на несколько'этапов. 'В качестве первого . этапа будет раЗО,бран случай

коммутации токов без учета активных СQпротивлений

. .ЭЛ,ементов cxe;vrы в нормальных режимах. работы при

идеально сглаженном выпрямлеIШО~1 токе. ::;)ТО позволит

сдостаточной_степеныоточности выяснить качественное'

ик;оличествеfПНJсвоздеиствие '. явления коммутации на:

процессыв схеме. ВЫПРЯМИТ~JIЯ:И его JIараметрыи"ХЗ:-.

рактеристики. "

:~::j'>.:"<,':~:. ~, ,},,-:,; ,; ;

. '.,'.~',:"<~; <, j , :

/:I3ЛИSIние аКТИВНЫХ':С6I1РОТИВjiенийэл~:е~;;БВ, с~еиЬt,

а'также протекание', процес~ов, коммутации':в:реЖИМ,ах '.

коммута;циивбольшинстве СJ,Iучаевма:.r.юртличается?т .

C;.m.XLIV1.<1 идеально сглаженного тока. Поэтому соотноше~'

ния, полученные для случая' Ld=oo, .. МогуТ быть'с ,до­

Однофазная,двухполулернодная схема со средней

Приведенные индуктивностипитающей сети ииндук~ '.'

.тивностьрассеяния",перви:чной 'обмоткн; трансформатора<

перенесены на вторичную сторону и объединены с ин­ ДУКТИВНОСТЬЮ рассеяния вторичной 'обмотки. в виде двух эквивалентных индуктивностей L$' отнесенных к каждой фазе. Значение 2Ls определяетс.я по оп:ыту, короткого,

замыIанияпризакорачиваниии обеих.' последовательно

, 'лена в виде двух источников еl ~ 82: ,,' .

Начнем рассмотренне процесса коммутации сразу

с управляемого выпрямителя. Пусть в ннтервале 0-111 (рис. 3-1,6) проводит вентиль В2. В момент trl а на

вен~иль'В1 подается·управляющий импульс, вентиль В1

включается, и', начинается коммутация' тока.с· вентиля

В2 на вентильВ1.Контур' коммутации на рис.3-1,а обведен пунктирной линией.'. ':,:"

В течение всего отрезка времеНИ,пока ток. пер~хо­

дит с 'вентиля на вентиль,оба вентиля будут открыты. Изменение анодных токов в процессе коммутации мож­ но определить . методом наложе~пlЯ ['n" 12] ,Результи-

'. ~рующиЙ..ток вентиля в этомс~учае представляется J(aK.

~YMMaДBYX токов, '~з которых первыи-;- это ток,суще~

ствовавший .. до, ,начала процесса коммутации, а . :второи.