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