Попов И.И. Основы энергетической электроники - файл n1.doc

приобрести
Попов И.И. Основы энергетической электроники
скачать (2749.2 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc21194kb.07.04.2004 23:33скачать

n1.doc

1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   30

3.5 Коммутационные процессы в выпрямителях.


Как отмечалось выше, в выпрямителях средней и большой мощности возрастает влияние ЭДС, создаваемых в первичной и вторичной обмотках трансформатора их магнитными потоками рассеяния. Это обуславливается, во-первых, относительным увеличением самих индуктивностей рассеяния из-за ухудшения магнитной связи между обмотками для трансформаторов большой мощности и, во-вторых уменьшением активных сопротивлений в схеме (обмотки трансформатора и монтаж выполняются проводом большого сечения). Это сказывается на процессе коммутации в вентилях. В отличие от маломощных, где коммутация происходит практически мгновенно в выпрямителях средней и большой мощности интервал коммутации, характеризуемый углом , может занимать довольно значительную часть длительности рабочих процессов. Влияние индуктивностей рассеяния первичной (сетевой) ХТС и вторичной (вентильной) ХTV обмоток трансформатора, а также индуктивного сопротивления питающей сети Хс на коммутационные процессы компенсируют приведением указанных сопротивлений к вентильной обмотке трансформатора. Наличие коммутационных процессов приводит к следующим отрицательным последствиям:

- снижению выпрямленного напряжения с ростом тока нагрузки;

- увеличению пульсаций выпрямленного напряжения;

- увеличению реактивной мощности, потребляемой преобразователем от сети.

Н
аряду с перечисленными выше отрицательными факторами рассмотренные индуктивности оказывают и положительное влияние, так как ограничивают ток короткого замыкания, а точнее скорость нарастания тока через вентиль, уменьшают содержание высших гармоник в потребляемом от сети токе. Следует добавить, что высшие гармоники потребляемого тока, протекая по индуктивному сопротивлению сети вызывают искажение кривой напряжения сети.
Рис. 3.19. Схема двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом с учетом паразитных индуктивностей
Процесс коммутации рассмотрим на примере двухполупериодной нулевой схемы (рис.3.19).Значение индуктивностей ХС , ХТС , ХTV , приведенных к вентильной обмотке, заменим эквивалентной индуктивностью ХЭ , равной ХС + ХТС + ХTV. Необходимо иметь в виду, что при = 0 все полученные далее соотношения действительны и для неуправляемого выпрямителя. Нагрузка принимается активно-индуктивной с Ld.

Временные диаграммы, поясняющие влияние коммутационных процессов в схеме выпрямления, приведены на рис. 3.20. При подаче отпирающего импульса на очередной вентиль по истечении интервала , индуктивные сопротивления ХЭ1 и ХЭ2, затягивают процесс уменьшения до нуля тока открытого вентиля и нарастание тока вентиля, вступающего в работу. В результате коммутации в проводящем состоянии одновременно находятся оба вентиля (V1 и V2) выпрямителя. Вследствие этого создается короткозамкнутый контур для последовательно соединенных вторичных обмоток трансформатора с суммарным напряжением 2u2 и сопротивлением ХЭ1 + ХЭ2. При условии ХЭ1 = ХЭ2 к каждому из этих сопротивлений прикладывается напряжение u2.

Напряжение u2 на интервале определяется выражением:

ud = (u21 + u22 ) /2 (3.38)
поскольку относительно нулевого вывода обмотки u21 = -u22 на интервале коммутации ud = 0. Вследствие этого при вычислении Ud заштрихованные площади на рис. 3.20,а из расчета выпадают. Для Ud действительно соотношение:
Ud = Udi 0 ·cos -Ud, (3.39)
где Ud –усредненное коммутационное снижение напряжения за период.

Величина Ud определяется из выражения:

Ud = = (3.40)

Определим значение cos cos( -).

В момент отпирания вентиля V1 начинается интервал совместной проводимости обоих вентилей. Постепенное уменьшение до нуля тока вентиля V2 и возрастание до значения Id тока вентиля V1 (рис.3.20,в) осуществляется под воздействием тока коммутации ik (рис. 3.19, 3.20, г), протекающего в короткозамкнутом контуре, образованном этими вентилями. Ток коммутации при этом можно представить в виде принужденной ik пр и свободной ik св, составляющих:

ik = ik пр + ikсв (3.41)
Принужденная составляющая обусловлена суммарным напряжением контура коммутации 2u2 и его сопротивлением 2ХЭ. Поскольку сопротивление контура чисто индуктивное, ток ik пр отстает по фазе от напряжения 2u2 на угол /2:

ik пр = sin(+ /2).= cos(+) (3.42)

В последнем выражении за начало отсчета времени принята точка = ..

Свободная составляющая:

ik св = A · e- /,

где А – постоянная; = 2LЭ/R – постоянная времени контура коммутации.

Практически по сравнению с L, значение R очень мало, в связи с чем .

Тогда

ik св = A (3.43)

С учетом (3.41) будем иметь

ik = - cos(+)+A. (3.44)

Постоянную А находим из начальных условий коммутации =0, ik = 0:

A = ik св = cos (3.45)

Таким образом,

ik св = [cos - cos(+)] (3.46)




Рис. 3.20.Временные диаграммы-схемы рис. 3.19
Кривая тока ik определяет закон изменения на этапе коммутации анодного тока вентиля V1, а разность (Idik ) – изменение анодного тока вентиля V2. Интервал коммутации заканчивается при достижении током iV1 величины Id. Подстановка в (3.46) = и ik =Id дает

cos - cos( +) = (3.47)

В этом случае среднее значение напряжения управляемого выпрямителя с учетом коммутации:

Ud = Udi 0 · cos - (3.48)
Рис. 3.21. Внешние характеристики управляемого выпрямителя при разных углах управления 
Внешние характеристики управляемого выпрямителя согласно (3.48) для различных значений угла управления а представляются семейством параллельных прямых (рис. 3.21).

Наклон характеристик зависит от сопротивления ХЭ. Уменьшение напряжения на нагрузке Ud с ростом Id объясняется увеличением коммутационного падения напряжения Ud вследствие возрастания угла коммутации . Коммутационные процессы приводят к возрастанию фазового сдвига потребляемого тока относительно напряжения питания. Фазовый сдвиг первой гармоники тока i1(1) увеличивается практически на угол /2 и для управляемого выпрямителя составляет:
   + /2. (3.49)
Коммутационные процессы в мостовом выпрямителе подобны процессам в нулевой схеме. Особенность заключается в том, что на этапе коммутации в проводящем состоянии находятся одновременно все четыре вентиля. В связи с этим выражение (3.47) примет вид:

cos - cos( +) =2 (3.50)

Уравнение внешних характеристик определяется выражением

Ud = Udi 0 ·cos - 2 (3.51)

Однако, необходимо иметь в виду, что в мостовой схеме увеличение значения функции (3.50) вдвое компенсируется уменьшением значения Хэ за счет лучшей магнитной связи вторичной обмотки с первичной, т.е. уменьшения их индуктивностей рассеяния. В результате при одной и той же мощности выпрямителя внешние характеристики у обеих схем получаются практически одинаковыми.

Кривая напряжения на вентилях в мостовой схеме с учетом вдвое меньшего значения напряжения имеет тот же вид, что и в нулевой.



1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   30


3.5 Коммутационные процессы в выпрямителях
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации