Коммутация тока в многофазных «m» пульсовых выпрямителях и инверторах

1.

6.6 Коммутация тока в многофазных «m» пульсовых выпрямителях и
инверторах
6.6.1 Схема и временные диаграммы управляемого выпрямителя
Рисунок 6.6.1 Принципиальная схема работы
коммутирующей группы
Рисунок 6.6.2 - Временные диаграммы
выпрямленного напряжения uda, тока
управления iy, тока нагрузки id, при работе
трехпульсового управляемого выпрямителя на
активно-индуктивную нагрузку с Xd=0 c
учетом угла коммутации

2.

6.6.2 Теория работы выпрямителя с учетом коммутации тока
Принятые допущения:
1. Напряжение в питающей сети, а следовательно в вентильной
обмотке синусоидальное
u 2 2U 2 sin
(6.6.1)
2. Индуктивное сопротивление трансформатора и питающей сети
больше 0
x V1 ... x Vm x V 0,
Следовател ьно
угол коммутации 0
3. Индуктивное сопротивление сглаживающего реактора Xd=∞,
поэтому выпрямлемленный ток идеально сглажен и
id Id

3.

Теория работы выпрямителя с учетом коммутации тока
В момент Θ1 работает V1, т.к. ua max и током iу1=IGT он открыт
Мгновенное значение выпрямленного напряжения
ud=ua
В точке 3’’ током iу3 открывается V3 и начинается коммутация
(плавный переход) тока с V1 на V3.
Время их совместной работы называется углом коммутации γ .
Найдем напряжение uk под действием которого возникает ток
коммутации ik.

4.

Напряжение коммутации
Для схемы содержащей q фаз
в коммутирующей группе
Мгновенное значение
напряжения коммутации
u k u b u a (6.6.2)
Амплитуда напряжения коммутации
U km 2 2U 2 sin
при q 3 ; U km
q
2 2U 2 sin 6U 2 ... (6.6.3)
3
Мгновенное значение uk c учетом (6.6.3)
Рисунок 6.6.3 – Векторная
диаграмма напряжений
коммутирующей группы
u k 2 2 U 2 sin sin ...(6.6.4)
q
или u k U km sin ...(6.6.4' )

5.

Ток коммутации
По 2 закону Кирхгофа между фазами b и a протекает ток
коммутации и для цепи коммутации можно записать
di k
uk
( x V1 x V3 ) ...
d
Из (6.6.5)
uk
U km
ik
d
sin d
x V1 x V3
x V1 x V3
Решив (6.6.6) получим
U km
ik
( cos ) C
2x V
(6.6.5)
(6.6.6)
(6.6.7)

6.

Начальные условия возникновения коммутации
В начале коммутации когда
ток коммутации
k a
ik 0
(6.6.8)
Подставив условия (6.6.8) в (6.6.7) получим
U km
C
cos a
x V1 x V3
(6.6.9)
2x V
Подставим значение С из (6.6.9) в (6.6.7) получим
U km
cos a cos
ik
x V1 x V3
2x V
Формула действует пока прямой ток через
тиристор больше встречного тока
коммутации
I dk ik
(6.6.10)

7.

Условия окончания коммутации
В конце коммутации, когда
ток коммутации
a
ik I dk
(6.6.11)
При ik=Idk коммутация заканчивается. Подставив из (6.6.11) в (6.6.10)
I dk
U km
cos a cos(a )
x V1 x V3
(6.6.12)
2x V
откуда
Idk (2x V )
cos(a ) cos a
U km
Решив 6.6.13 относительно угла γ получим
2k сх Id x V
arccos cos a
6U 2
(6.6.13)
(6.6.13')

8.

В формулы (6.6.13) и (6.6.13’) надо подставлять
a 0 для неуправляемых выпрямителей
0<a 90 для управляемых выпрямителей
a 180 -b для инвертора
из (6.6.13) и (6.6.13’) видно, что с изменением тока, протекающего через
тиристоры
0 I dk I dk max
угол коммутации изменяется в
пределах
0 max
(6.6.14)

9.

6.6.3 Влияние коммутации тока на форму и величину
выпрямленного напряжения
При одновременной работе V1 и V3 в период коммутации
Мгновенное значение выпрямленного напряжения
ua ub
ud
2
(6.6.15)
Мгновенное значение коммутационного падения
напряжения
ua ub ub ua
u u b u d u b
2
2
(6.6.16)
Из (6.6.4) видно, что
ub ua uк
С учетом (6.6.4') мгновенное значение коммутационного падения
напряжения будет равно
u
Ukm
sin
2
(6.6.17)

10.

Среднее значение коммутационного падения напряжения
Среднее значение
коммутационного падения
напряжения U из
рис.6.6.5
1 a U km
U
sin d (6.6.18)
a
2
2
q
После решения (6.6.18) и
подстановки пределов получим
Рисунок 6.6.5 – Временная
диаграмма выпрямленного
напряжения с учетом
U km
U
cos a cos(a ) (6.6.19)
коммутации
2
2
q

11.

Для удобства расчета и анализа подставим значение [cosa-cos(a+γ)] из (6.6.12) в
(6.6.19)
Тогда среднее значение коммутационного нападения напряжения в одной
коммутирующей группе будет равно
I (x )
U
dk
2
q
V
0 I dk I dk max
(6.6.20)
Из 6.6.20 видно, что с изменением тока, протекающего через тиристоры
Коммутационное падение напряжения изменяется в пределах
(6.6.20')
0 U U
max

12.

Для обобщения (6.6.20) к любой схеме обозначим
I dk k сх I d ,
(6.6.21)
Формула для расчета коммутационного падения напряжения
примет вид
k сх I d x V
U
nk ,
2
q
(6.6.22)
где nk-число последовательно работающих коммутирующих групп;
q – число фаз коммутирующей группы (для шести и
двенадцатипульсовых схем q=3;
Id – ток нагрузки выпрямителя

13.

Таблица 6.1 - Коэффициенты схемы
kсх
nk
12 п. посл.
1
4
12 п. парал.
0,5
2
6 п. м.
1
2
6 п. н.
0,5
1

14.

6.6.4 Внешняя характеристика преобразователей
Выпрямителя
Внешняя характеристика
выпрямителя называется
зависимость
U d f (I d )
С учетом коммутационного и
падения напряжения в диодах
U d U d 0 U U П , (6.6.23)
где Udo - выпрямленное
напряжение Х.Х. выпрямителя;
U - коммутационное падения
напряжения
U П - падение напряжения в
диодах
Инвертора
Входной (внешней) характеристикой
инвертора называется
U и f (I и )
С учетом коммутационного и
падения напряжения в
тиристорах
Uи U и0 U U П (6.6.23' )
где UИ0 - входное напряжение Х.Х.
инвертора;
U - коммутационное падения
напряжения
U П
- падение напряжения в
тиристорах

15.

Через известные параметры схемы и трансформатора можно
записать
внешняя характеристика
выпрямителя
входная характеристика
инвертора
u кз I d
U d U d 0 cos a A
100 I dН
U П
(6.6.24)
потеря напряжения в диодах
u кз I и
U и U и 0 (b 0 ) cos b A
100 I ин
U П
(6.6.25)
потеря напряжения в тиристорах
k сх I И
k сх I d
rT ,
U П p s U ТО
rT , U П p s U ТО
3 a
3 a
(6.6.25)
(6.6.25')

16.

где p – число последовательно работающих
плеч выпрямителя; (p=nk)
a - угол регулирования;
uКЗ – напряжение короткого замыкания цепи
коммутации выпрямителя;
А – коэффициент наклона схемы внешней
характеристики выпрямителя;
где p – число последовательно работающих
плеч инвертора; (p=nk)
β - угол опережения;
uКЗ – напряжение короткого замыкания
цепи коммутации инвертора;
А – коэффициент наклона схемы внешней
характеристики инвертора;
для m=6 А=0,5;
для m=12 А=0,26.

17.

β1{
a=0
m=12
Рисунок 6.6.6 – Внешние характеристики 6 и 12
пульсовых управляемых выпрямителей и инверторов при
U 2и K и U 2 B