В отличие от однофазных в многофазных выпрямителях может возникать, в зависимости от величины нагрузки, ряд отличных друг от друга режимов. Границу этих режимом определяет угол коммутации (рис. 6.4).
|
Рассмотрим сначала внешнюю характеристику неуправляемого трехфазного мостового выпрямителя (α = 0), обобщив затем выводы для управляемого выпрямителя. Для упрощения анализа пренебрегаем падениями напряжения на активных сопротивлениях и тиристорах. При токах нагрузки Id, близких к номинальному значению, γ < π/3, длительность проводимостей тиристоров λ < π, и выпрямитель (см. рис.6.3, а) характеризуются первым режимом работы. В этом режиме во внекоммутационный период работают два тиристора, например VS1 и VS2, а в интервале коммутации – три тиристора: VS1, VS2, VS3, в связи с тем, что происходит коммутация тока с тиристора VS1 на VS3 (см. рис. 6.3, а, б, интервал θ2 – θ1).
Внешняя характеристика для первого режима схемы рассчитывается по формуле (6.10) при α = 0. Разделив полученное выражение на Ud02, найдем уравнение внешней характеристики в относительных единицах:
.
С ростом тока нагрузки (Id > Idн) величина угла γ увеличивается (согласно формуле (6.7) при α = 0), что приводит к расширению интервала одновременной работы тиристоров. При достижении углом γ значения γ = π/3 наступает второй режим работы выпрямителя. Во втором режиме в схеме проводят всегда три тиристора, причем
длительность проводящего состояния тиристора равна λ = π. При дальнейшем увеличении тока нагрузки во втором режиме угол коммутации остается постоянным, равным γ = π/3. Причем начало процесса коммутации будет задерживаться на некоторое время, характеризуемое появлением некоторого дополнительного угла регулирования α’.
Уравнение внешней характеристики выпрямителя во втором режиме имеет вид:
. (6.13)
Из уравнения (6.13) видно, что внешняя характеристика во втором режиме представляет собой дугу эллипса, полуоси которого по координатам Ud и Id равны:
.
Очевидно, конец внешней характеристики в первом режиме должен стыковаться с началом внешней характеристики во втором режиме. Граничные значения тока (Id1-2) и напряжения (Ud1-2), при которых происходит эта стыковка, находятся из выражений:
.
Второй режим работы выпрямителя заканчивается при токе нагрузки I2-3, когда γ = π/2 – α’ и фактический угол регулирования равен: α’ = 30°.
При дальнейшем увеличении тока нагрузки угол α’ будет оставаться постоянным и равным π/6, а угол коммутации начнет увеличиваться. При этом наступает третий режим работы выпрямителя (см. рис. 6.4, γ > π/3, λ > π). Напряжение Ud2-3 и ток Id2-3, при которых происходит сопряжение второго и третьего режимов, находятся из соотношений:
.
При γ > 60° наступает момент двойного перекрытия тиристоров, когда оказываются открытыми сразу четыре тиристора выпрямителя. Уравнение внешней характеристики выпрямителя в данном режиме записывается следующим образом:
. (6.14)
С возрастанием тока нагрузки интервал одновременной работы четырех тиристоров расширяется. При коротком замыкании цепи якоря или обмотки возбуждения в схеме выпрямителя в любой момент времени одновременно пропускают ток четыре тиристора. При этом γ = 2π/3 и λ = 4π/3. Величина тока короткого замыкания находится из уравнения (6.14) при подстановке 
= 0:
.
Вне
шняя характеристика мостового трехфазного выпрямителя в относительных единицах (α = 0) полностью построена на рис. 6.4.
В случае управляемого выпрямителя его внешняя характеристика в первом режиме работы рассчитывается по формуле (6.10). Точное уравнение внешней характеристики для данного режима имеет вид (6.11), где составляющие ΔUR и ΔUB1 для мостовой схемы рассчитываются по выражениям:
.
Второй режим наступает при условии:
α + α’ + γ = π/2.
Процессы, происходящие в управляемом выпрямителе при работе во втором режиме, такие же, как в неуправляемом. Ток нагрузки, при котором начинается второй режим, находится из выражения (6.7) при подстановке в него γ = π/3:
. (6.15)
Из соотношения (6.15) видно, что переход из первого во второй режим в управляемом выпрямителе происходит при больших токах нагрузки, чем в неуправляемом.
Внешняя характеристика управляемого выпрямителя во втором режиме рассчитывается по уравнению эллипса (6.13) как для неуправляемого выпрямителя. Внешняя характеристика в третьем режиме описывается выражением (6.14). Изложенные процессы и внешняя характеристика справедливы для управляемого выпрямителя при углах регулирования α < π/6.
В выпрямителях, работающих с углами управления α > π/6, режим постоянной работы трех тиристоров (второй режим) отсутствует, и после первого режима сразу наступает третий режим работы выпрямителя. Это объясняется тем, что при достижении γ = π/3 (границы первого режима) суммарный угол управления тиристором равен:
+ γ = α + α’ + γ > π/2,
что характеризует третий режим работы.
Значение тока Id1-3, при котором происходит переход выпрямителя из первого режима в третий, находится в точках пересечения а, в (см. рис. 6.4) внешних характеристик выпрямителя в первом режиме с дугой эллипса. Внешняя характеристика в третьем режиме находится по выражению:
. (6.16)
Положив в уравнении (6.16) 
= 0, получим значение тока короткого замыкания (I’dk) управляемого выпрямителя, работающего с углами α > π/6:
. (6.17)
Из выражения (6,17) видно, что ток короткого замыкания (I’dk) меньше, чем в случае работы управляемого выпрямителя при углах регулирования α > π/6. В управляемых выпрямителях при углах α > π/6 отсутствуют второй и третий режимы. Первый режим продолжается вплоть до короткого замыкания (рис. 6.4).
Таким образом, при работе управляемого выпрямителя в диапазоне углов 0 < α < π/6 возможно существование всех трех режимов работы, при π/6 < α < π/3 возможны первый и третий режимы, а при α > π/З возможен только первый режим работы выпрямителя.
