Коммутация вентильных токов

И энергетические показатели выпрямителей

Коммутация вентильных токов, внешние характеристики

Магнитные потоки рассеяния в трансформаторе оказывают существенное влияние на характер электромагнитных процессов в выпрямителях. Потоки рассеяния учитываются индуктивным сопротивлением обмоток трансформатора - Ха, расположенных на одном стержне сердечника. Обмотки трансформатора имеют также активное сопротивление Rа. Особенности работы выпрямителей зависят от соотношения между параметрами Xа и Rа. В выпрямителях большой мощности, применяемых на тяговых подстанциях, Xа / Rа > 7, потоки рассеяния оказывают решающее влияние на характер электромагнитных процессов и вызывают явление коммутации вентильных токов.

Из-за наличия индуктивного сопротивления обмоток трансформатора Xа процесс коммутации (переход тока из фазы, оканчивающей работу, в фазу, вступающую в работу) протекает в течение некоторого конечного промежутка времени.

 
 

Рассмотрим процесс коммутации вентильных токов в схеме трёх пульсового выпрямителя (рис. 5.1).

а б

Рис. 5.1. Процесс коммутации вентильных токов в трёх пульсовом выпрямителе:

а – схема выпрямителя; б – схема замещения в момент коммутации

В момент равенства мгновенных значений напряжений в фазах а и b начинается коммутация тока с вентиля VD1 на вентиль VD2. На схеме замещения Lа – сумма индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора и питающей сети (). Для контура коммутации будет справедлива система уравнений:

, (5.1)

где .

Если ток нагрузки считать постоянным (без пульсаций), то .

Приняв за начало отсчёта времени момент начала коммутации, получим закон изменения ЭДС в фазах трансформатора:

; ;

. (5.2)

Токи вентилей в процессе коммутации с учётом начальных условий (J = 0, ia = Id):

; . (5.3)

Коммутация продолжается до тех пор, пока ток вентиля ia, выходящего из работы, не станет равным нулю при J = g. Тогда

. (5.4)

Временная диаграмма работы трёх пульсового выпрямителя в режиме коммутации вентильных токов представлена на рис. 5.2.

На рисунке угол коммутации вентильных токов выпрямителя gв показан в момент перехода тока из фазы а в фазу b. За время коммутации ток в фазе а уменьшается, но вентиль продолжает оставаться открытым, то есть открытое состояние вентиля сохраняется в течение 0Эл. Из-за этого обратное напряжение на закрывающемся вентиле возрастает скачком. Величина скачка напряжения .

В управляемом выпрямителе процесс коммутации вентильных токов начинается с задержкой на величину угла управления тиристоров. Физические процессы коммутации протекают аналогично, а в выражения (5.2) и (5.3) включается значение угла a. В результате преобразований можно получить выражение для определения угла коммутации вентильных токов в управляемом выпрямителе:

. (5.5)

Решив тригонометрические уравнения (5.4) и (5.5), получим формулы для расчёта угла коммутации вентильных токов:

для неуправляемого выпрямителя

; (5.6)

для управляемого выпрямителя

. (5.7)

Как следует из сравнения выражений (5.6) и (5.7), при одинаковой нагрузке Id угол коммутации вентильных токов в управляемом выпрямителе будет меньше.

Из-за коммутации вентильных токов выходное напряжение выпрямителя под нагрузкой будет снижаться. В разделе 3.2 уже был показан вид внешней характеристики выпрямителя. Но для точного анализа зависимости напряжения выпрямителя от тока нагрузки следует количественно оценить коммутационные потери напряжения.

 
 

Рис. 5.2. Временная диаграмма работы трёх пульсового выпрямителя

в режиме коммутации вентильных токов