10

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний університет “Львівська політехніка”

Інститут енергетики та систем керування

Лекція №

з дисципліни «Промислова електроніка та перетворювальна техніка»

Керований мостовий випрямляч трифазного струму

Львів 2011

Під час вивчення матеріалу автори настирливо рекомендують самостійно рисувати (дублювати) всі графічні залежності, які наведені в методичній розробці. Зауважимо, що розгляд процесів у всіх розділах ведеться за умови ідеально спрямленого (постійного) струму І_d , тобто коли індуктивність в колі випрямленого струму безмежно велика Х_d .

1.Керований мостовий випрямляч трифазного струму

1.1. Побудова форми кривої випрямленої напруги

Трифазний мостовий випрямляч складається з вентильної групи та трифазного трансформатора (рис. 1).

Рис. 1. Схема мостового випрямляча трифазного струму

Іноді вентильна група може приєднуватися безпосередньо до трифазної мережі без трансформатора. Вентильна група складається з шести вентилів. Три вентилі з цієї групи сполучені між собою катодами (катодна група), а анодами вони приєднані до відповідних виводів вторинної обмотки трансформатора. Інші три вентилі сполучені між собою анодами (анодна група), а катодами вони також приєднані до тих же виводів обмотки трансформатора. У нормальному режимі роботи в катодній групі вентилів у відкритому стані буде той, на аноді якого буде найвища додатна напруга, а з анодної групи – вентиль, у якого на катоді буде найбільша від’ємна напруга порівняно з іншими вентилями. Через відкриті вентилі названими напругами будуть формуватися відповідно потенціали j₊ – додатного полюса та j_- – від’ємного полюса випрямляча.

Із наведених на рис. 2 кривих фазних напруг видно, що їх найбільші додатні поточні значення знаходяться між точками їх перетину 1-3, 3-5, 5-7 і т. д., а найбільші від’ємні поточні значення відповідно між точками 2-4, 4-6 і т.д.

Ці точки перетину визначають моменти природного вступу вентилів в роботу. Відповідно до наведеної на схемі випрямляча (рис. 1) нумерації вентилів на кривих фазних напруг рис. 2 проставлена їх черговість вступу в роботу. З рис. 2 видно, що у провідному стані завжди знаходяться як мінімум два вентилі: один з катодної групи, а інший – з анодної, але різних фаз, що обумовлюється фазовим зсувом у 120 напруг трифазної системи живлення.

Миттєве значення випрямленої напруги u_d визначається за формулою

u_d = j₊ - j_-, (1)

і, зважаючи на спосіб формування потенціалів j₊ і j_- , представляє собою різницю двох фазних напруг, тобто лінійну напругу. Звідси можна зробити висновок, що трифазна мостова схема випрямляє лінійну напругу. Більше того, ще й ту лінійну напругу, яка найбільша в даний (поточний) момент часу, оскільки відповідні вентилі, черговість провідності яких показана на рис. 2, подають на додатній та від’ємний полюси завжди найбільші поточні значення фазних напруг. Виходячи з цього для побудови форми випрямленої напруги достатньо нарисувати відповідні лінійні напруги та взяти їх ділянки, де вони найбільші.

Рис. 2. Форми кривих струмів та напруг трифазного мостового випрямляча

а) =0°, б) 0°

Для побудови використаємо той факт, що в точках перетину відповідних фазних напруг їх різниця рівна нулю, а посередині між цими точками знаходиться амплітуда лінійної напруги. Наприклад, на ділянці 2-3 випрямлена напруга u_d = u_а– u_с = u_ас . Для побудови додатного півперіоду лінійної напруги u_ас спроектуємо на вісь кутів  точки перетину 1,4 фазних напруг u_а та u_с , в яких напруга u_ас=0. Посередині ділянки 1-4 відкладаємо амплітуду лінійної напруги U_{ас max} = U₂ і рисуємо її додатній півперіод, пам’ятаючи, що крива лінійної напруги змінюється за синусоїдним законом. Легко зауважити, що всі інші додатні півперіоди лінійних напруг, які виникають на полюсах випрямляча, зміщені між собою на 60. З рис. 2 видно, що найбільші поточні значення лінійних напруг знаходяться між точками їх перетину 1-2; 2-3; 3-4…Взявши до уваги лише ділянки лінійних напруг, де вони найбільші, ми отримаємо форму випрямленої напруги (на рис. 2 вони виділені потовщеною лінією). Нагадаємо, що середнє значення випрямленої напруги трифазного некерованого випрямляча визначається за формулою

U_dо =(3 U₂)/, (2)

де U₂ - дієве значення фазної напруги вторинної обмотки трансформатора.

Також легко зауважити, що точки перетину фазних напруг збігаються з точками перетину додатних півхвиль всіх можливих лінійних напруг, які формують випрямлену напругу на полюсах випрямляча. Звідси випливає методика побудови форми випрямленої напруги, коли кути керування 0. Нагадаємо, що кут запізнення вступу тиристора в роботу  відраховується від моменту його природного вступу в роботу, тобто від точок 1,2,3,4…, наведених на рис. 2. В однаковій мірі цей кут можна відкласти від точок перетину як фазних напруг, так і точок перетину додатних півхвиль лінійних напруг (див. рис. 2 б). На кривих фазних напруг ми отримаємо криві зміни в часі відповідно потенціалу додатного полюса ₊ чи потенціалу від’ємного полюса _- (потовщені лінії), а на кривих додатних півхвиль лінійних напруг отримаємо безпосередньо форму випрямленої напруги, яка буде представляти собою різницю відповідних потенціалів моста (1). Середнє значення випрямленої напруги керованого трифазного мостового випрямляча визначається за формулою

U_d =U_doсоs . (3)

Розглянуті два попередні випадки побудови кривих випрямленої напруги для умов =0 та 0 не враховували процесів комутації вентилів. Реальний трансформатор та мережа живлення мають певну індуктивність. Наявність індуктивності у будь-якому електричному колі протидіє миттєвій зміні струму вентиля, який вступає в роботу, від 0 до усталеного значення _d та від _d до 0 для тиристора, який виходить з роботи. Наведене призведе до того, що одночасно в одній із груп тиристорів (анодній чи катодній) в провідному стані буде два тиристори. Виникне процес комутації, який починається з моменту подачі імпульса керування на черговий за порядком вступу в роботу тиристор. Комутація струму триває від моменту подачі імпульса керування протягом інтервалу  і закінчується коли струм тиристора, який вступає в роботу, досягне значення _d , а струм тиристора, який виходить з роботи, досягне нульового значення.

Наявність в провідному стані двох тиристорів однієї групи на етапі комутації, наприклад, четвертого і шостого призведе до того, що потенціал додатного полюса випрямляча буде визначатися півсумою напруг фаз, вентилі яких комутують 1

₊=(u_а+u_в)/2. (4)

Зміна потенціалу ₊ показана на рис. 3. Після завершення процесу комутації потенціал додатного полюса буде формувати напруга фази В аж до початку комутації шостого і другого вентилів.

Випрямлена напруга на ділянці комутації буде меншою від такої напруги в режимі без комутації на величину комутаційного спаду напруги u_d, миттєві значення яких заштриховані в центральній частині рис. 3. Тому, якщо від напруги u_d в режимі без комутації „вирізати” комутаційні спади u_d , тобто відняти їх від огинаючої синусоїди, яка формує криву u_d в режимі без комутації, то отримаємо закон її зміни на ділянках комутації u_d. Для такої побудови від кривої відповідної лінійної напруги на часовій діаграмі напруги u_d відкладаємо вниз величини бокових сторін заштрихованої ділянки комутаційного спаду u_d, взятих як різницю між відповідною фазною напругою та напругою комутації u_к на межі заштрихованої ділянки. Отримані точки слід з’єднати між собою. Точний закон зміни напруги u_dg на ділянці комутації вентилів VS4 і VS6 також можна описати аналітично

u_dg=(u_а+u_в)/2 - u_с. (5)

Рис. 3. Форми кривих струмів та напруг трифазного мостового випрямляча

за умов 0°, 0°.

На міжкомутаційних ділянках закон зміни u_d буде визначатися відповідною лінійною напругою.

Середнє значення випрямленої напруги з врахуванням комутаційних процесів визначається за формулою 1

U_d = U_doсоsa – (3_dХ_а )/, (6)

де Х_а - сумарний індуктивний опір трансформатора і джерела живлення.