Практмчне заняття №

Побудова кривих струмів та напруг перетворювача в режимі випрямлення та інвертування

1. Однофазна схема випрямлення з виводом нульової точки трансформатора

Схема випрямляча наведена на рис.2.

Рис. 2. Схема однофазного керованого випрямляча з виводом нульової точки трансформатора

Розглянемо процеси за умов роботи випрямляча на чисто активне навантаження (х_d=0) та ідеального трансформатора схеми (х_а=0). В наведеній схемі процеси відбуваються під впливом вторинних напруг u_2-1 та u_2-2, які зсунуті одна відносно іншої на 180°. Аналітично ці напруги можна записати так: Режиму активного навантаження відповідають часові діаграми, які наведені на рис.3.

Для регулювання середнього значення напруги на навантаженні R_d широко застосовується фазовий метод, який базується на керуванні в часі моментом відкриття тиристорів схеми. Відлік кута керування  ведеться від моментів природного відкривання вентилів (якщо допустити заміну тиристорів схеми на діоди), тобто від моментів =0, , 2, 3... На інтервалі 0-₁ тиристори VS1,VS2 закриті, напруга на виході випрямляча u_d=0; на тиристор VS1 діє напруга u_aк= u_2-1> 0 ( виконується перша умова відкривання тиристора), а на тиристор VS2 діє напруга u_aк= u_2-2 0. В момент часу ₁, який визначається кутом , надходить імпульс керування тиристора VS1 (виконується друга умова відкривання тиристора VS1). У результаті тиристор VS1 відкривається, до навантаження прикладається напруга u_2-1. На інтервалі ₁- на навантаженні формується напруга u_d , яка є частиною кривої u_2-1. Через опір навантаження і тиристор VS1 проходить струм i_d=i_a1=u_d/R_d. Під час переходу напруги живлення u_2-1 через нуль (=) струм тиристора VS1 стає рівним нулю і тиристор закривається.

Рис.3.Часові діаграми струмів та напруг однофазного керованого випрямляча за умов його роботи на чисто активне навантаження та ідеального трансформатора схеми

На інтервалі -₂ обидва тиристори схеми закриті, напруга на навантаженні u_d=0. В момент ₂=+ подається імпульс керування тиристора VS2 (виконується друга умова відкривання тиристора). Звертаємо увагу, що в цей момент на тиристор VS2 діє напруга u_aк= u_2-2> 0 (виконується перша умова відкривання тиристора VS2). Тиристор VS2 відкривається і до навантаження прикладається напруга u_2-2= u_d. Через навантаження і тиристор VS2 проходить струм i_d=i_a2=u_d/R_d. В момент =2 струм i_a2=0 і тиристор VS2 закривається. Далі процеси в схемі повторюються.

Отже, напруги u_2-1 та u_2-2 під час високої провідності тиристорів VS1 та VS2 формують напругу на навантаженні, тобто випрямлену напругу u _. Її середнє значення визначається з виразу

(1)

В результаті інтегрування отримаємо

, (2)

де: U_d0=(2 U₂)/ - середнє значення випрямленої напруги у випадку некерованої схеми випрямлення.

U₂ – діюче (ефективне) значення вторинної напруги трансформатора.

Залежність U_d=f() називається регулювальною характеристикою і наведена на рис.5.

Із графічних побудов та виразу (2) очевидно, що кут  у випадку чисто активного навантаження можна змінювати від 0 до 180°, відповідно середнє значення випрямленої напруги буде змінюватися від U_d0 до 0.

Зворотна напруга, наприклад, тиристора VS1 (нагадаємо, що це різниця потенціалів між анодом і катодом, коли тиристор знаходиться в стані низької провідності) визначається напругою u_2-1 на ділянках закритого стану обох тиристорів та різницею напруг u_2-1 - u_2-2 на ділянках провідного стану тиристора VS2, тому тут ця напруга дорівнює подвійному значенню напруги живлення 2u₂. Звідси випливає методика побудови зворотної напруги тиристора у випадку чисто активного навантаження. Для цього слід побудувати дві напруги: одну u_2-1 і другу у фазі з u_2-1 , але з подвійним значенням амплітуди, та виділити фрагменти напруги u_2-1 на ділянках закритого стану тиристора VS1, VS2 і фрагменти напруги з подвійною амплітудою на ділянці відкритого стану тиристора VS2. Ця зворотна напруга в розглянутому випадку має вельми цікаву форму (див. рис.3д). Нас же цікавить максимальне значення зворотної напруги тиристора. Отже, у однофазній схемі випрямлення з виводом нульової точки трансформатора амплітуда зворотної напруги U_в=2 U₂ і за таким значенням слід вибирати тиристори схеми.

Струми вторинних обмоток трансформатора однонаправлені, оскільки визначаються струмами тиристорів VS1 та VS2 (див. рис. 3г). Струм первинної обмотки трансформатора i₁ зв’язаний з вторинними струмами обмоток трансформатора коефіцієнтом трансформації n=U₂/U₁ і має додатній та від’ємний півперіоди, а також паузи на інтервалах 0 - , -(+)...і т. д.