Процессы коммутации в однофазных схемах выпрямления

Рассмотрим подробно процессы, связанные с коммутацией тиристоров, на при­мере од­нофазной двухполупериодной ну­левой схемы, обобщив затем основные выводы для однофазной мостовой схемы. На рис. 6.1 а изображена эквивалентная схема выпрями­теля (показанного на рис. 1.1, а) при замене диодов VD1 и VD2 ти­ристорами VS1 и VS2.

Приведенные ин­дуктивность питающей сети и индуктив­ность рассеяния  первичной обмотки трансформатора объединены с индуктив­ностью рассеяния вторичной обмотки в виде двух эквивалентных индуктивностей Ls, отнесенных к каждой фазе. Значение 2Ls определяется из опыта короткого за­мыкания трансформатора. Электродвижущие силы вторич­ных обмоток показаны в виде двух источ­ников e1 и е2.

В интервале 0 – θ проводит тири­стор VS2 (рис. 6.1, б, в). В момент θ = α управ­ляющий импульс подается на тири­стор VS1,

и начинается переход тока с тиристора VS2 на VS1. Из-за индуктивности Ls ток в VS2 не может мгновенно упасть до нуля, а в VS1  – мгно­венно нарасти до величины тока нагрузки Id. В связи с этим в проме­жутке θ = γ оба ти­ристора открыты.

Под действием ЭДС ек = е2 – е1 в контуре коммутации, не содержа­щем цепь на­грузки, возникает ток короткого замыка­ния iк (см. рис. 6.1, а, штриховые линии). При этом выпрямленное напряжение ud равно   нулю (рис. 6.1, б), так как вторичная об­мотка оказывается замкнутой накоротко ти­ристорами VS1 и VS2. Ток iк направлен навстречу току iVS2 запираемого тири­сто­ра VS2 и согласно с током iVS1 откры­вающегося тиристора VS1. По­этому ток iVS2 будет уменьшаться, a ток iVS1  – увеличи­ваться.

При θ = α + γ ток второго тиристора равен току короткого замыка­ния (iVS2 = ik), тири­стор VS2 запирается, a ток первого тиристора равен току выпуска (iVS1 = Id), тиристор VS1 полностью отпирается. В момент θ = θ2 начинается коммутация тока с тири­стора VS1 на VS2, а закан­чивается при θ = θ2 + γ. Далее процессы повторяются.

Длительность прохождения тока через тиристоры увеличивается и со­ставляет уже не π, а π + γ (см. рис. 6.1, в). Между средним значением выпрямленного тока (Id), углом коммутации и углом α существует зависимость, описываемая соотношениями:

,                                         (6.1)

где  – индуктивное сопротивление рассеяния, входящее в контур коммута­ции (рис. 6.1, а).

Из выражения (6.1) по­лучаем уравнение коммутации:

                                        (6.2)

Обозначив угол коммутации γ = γ0, при α = 0 из выражения (6.2) находим:

.                                                  (6.3)

После преобразований выражений (6.2) и (6.3) полу­чим окончательно:

.                                           (6.4)

По формуле (6.4) можно определить за­висимость изменения угла коммутации от глу­бины регулирования, определяемого углом α.

Поскольку на время коммутации выпрямитель замыкается накоротко, средняя величина выпрямленного напряжении Ud уменьшается по сравнению со случаем иде­альной коммутации на величину заштрихованных площадок (рис. 6.1, б). Снижение выходного напряжения выпрямителя учитывается как падение напряжения (ΔUx) на ин­дуктивном сопротивлении xs. Величина ΔUx может быть найдена как интеграл от вто­ричного напряжения обмотки трансформатора за время коммутации, и с учетом урав­нения (6.2) равна:

.                                                       (6.5)

Из урав­нения (6.5) видно, что значение  ΔUx не зависит от угла управления. Среднее выпрямленное напряжение равно:

.                        (6.6)

Процессы, возникающие при коммутации, оказывают влияние также на форму напряжения, прикладываемого к тиристору (см. рис. 6.1, г), и токов вторичной и первич­н