Работа схемы на активную нагрузку

На схеме (рисунок 14.1) ключ замкнут, а разомкнут, выпрямитель работает на активную нагрузку . Работа схемы иллюстрируется временной диаграммой (рисунок 14.2).

Рисунок 14.2 - Временная диаграмма работы однофазного выпрямителя со средней точкой и активной нагрузкой при a>0

От источника питания к каждому тиристору приложено напряжение питания: в интервале 0 - p положительное напряжение приложено к тиристору VT1, а к вентилю VT2 - отрицательное напряжение. Но тиристор VT1 закрыт, так как с системы управления не поступает импульс на управляющий электрод (интервал 0-1). В момент времени 0<wt<p, то есть a>0 (с задержкой на угол a относительно момента перехода напряжения источника питания через нуль)на управляющий электрод вентиля VT1 подается управляющий импульс (точка 2) и тиристор VT1 открывается, через тиристор и нагрузку начинает протекать ток , равный току тиристора (интервал 1-2).

Тиристор VT1 будет находиться в проводящем состоянии до тех пор, пока напряжение, приложенное к нему, не пройдет через нуль и не изменит свою полярность, то есть тиристор VT1 выключится в момент времени равное wt=p, в закрытом состоянии к нему прикладывается обратное напряжение, равное отрицательному напряжению источника питания.

Начиная с момента времени wt=p (точка 2), оба тиристора находятся в закрытом состоянии и напряжение u_d=0. В момент времени wt=p+a (точка 3) управляющий импульс поступает на управляющий электрод тиристора VT2 и открывает его, тогда через нагрузку течет ток, равный току тиристора VT2.

Обратим особое внимание на характер изменения анодного напряжения на одном из тиристоров (рис.2). На интервале 0-1 к тиристору VT1 приложено напряжение , на интервале 1-2 тиристор открыт, напряжение на нем близко к нулю, а затем приложено напряжение , которое на интервале 2-3 становится отрицательным. На интервале 3-4, когда открывается тиристор VT2, к аноду тиристора VT1 будет приложена сумма напряжений и . Обратное напряжение, приложенное к тиристору, достигает значения , что следует учитывать при расчете схемы.

Из временной диаграммы на рисунке 14.2 видно, что между значениями тока и напряжения существует сдвиг фаз. На этот сдвиг стоит обратить внимание в виду того, что сдвиг фаз осуществляется даже при чисто активной нагрузке.

Указанные процессы повторяются в каждом периоде. Возможность осуществлять задержку по фазе моментов включения вентилей на определенный угол a позволяет изменять среднее значение выходного напряжения.

Зависимость напряжения от угла a называется регулировочной характеристикой управляемого выпрямителя. Эта зависимость выражается следующей формулой:

(14.1)

и получим, что

(14.2)

где – среднее значение напряжения на нагрузке при a=0.

Среднее значение выпрямленного тока будет равно:

(14.3)

Среднее значение тока тиристоров связано с током соотношением:

(14.4)

Формы выходного напряжения при различных углах a представлены на рисунке 14.3.

Рисунок 14.3 - Формы выходного напряжения

при различных углах управления

14.1.2 Работа схемы на активно – индуктивную нагрузку

При разомкнутом ключе в схеме в цепь нагрузки включена индуктивность , которая обычно исполняет роль фильтра переменной составляющей выпрямленного напряжения. Наличие в цепи нагрузки индуктивности существенно изменяет характер электромагнитных процессов в схеме. В данном случае форма выпрямленного тока будет зависеть от индуктивности , частоты выпрямленного напряжения w, сопротивления .

Индуктивность согласно закону коммутации не позволяет мгновенно изменяться току , т.е. препятствует нарастанию тока и стремится удержать его спад. Из временной диаграммы (рисунок 14.4) видно, что наличие индуктивности в цепи постоянного тока при изменяет характер протекания тока через тиристоры. После открытия тиристора ток начинает медленно нарастать, т.к. в это время происходит накопление энергии в индуктивности.

Рисунок 14.4 - Временная диаграмма работы выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке в режиме прерывистого тока

При прохождении напряжения на вторичной обмотке через ноль (точка 2) ток цепи открытого тиристора будет поддерживаться за счет энергии, запасенной в индуктивности до момента снижения тока до нуля. Такой режим называют режимом прерывистого тока. В выпрямленном напряжении появится отрицательный выброс, интервал проводимости тиристора будет больше, чем .

При увеличении индуктивности, энергии, запасенной в ней будет достаточной, чтобы поддержать ток до момента открытия тиристора VT2 (рисунок 14.5). Ток носит непрерывный характер, интервал проводимости тиристора будет равен

Рисунок 14.5 - Временная диаграмма работы выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке в режиме непрерывного тока

Большая величина является характерным случаем при использовании выпрямителя на практике. Управляемый выпрямитель часто работает на электрическую машину постоянного тока, при этом справедливо . Ток через нагрузку становится постоянным, а через тиристор - имеет прямоугольную форму, как показано на диаграмме (рисунок 14.6).

Рисунок 14.6 - Временная диаграмма работы однофазного выпрямителя со средней точкой при активно-индуктивной нагрузке

Регулировочная характеристика , определяемая из выражения

(14.5)

описывается соотношением:

(14.6)

14.1.3 Работа схемы при активно – индуктивной нагрузке