Управляемый трехфазный мостовой выпрямитель – как работает

Рассматриваемый выпрямитель (рис. 4.26) широко используется в устройствах большой мощности.

Опишем работу выпрямителя при подключении его к активной (рис. 4.26, а) и активноиндуктивной (рис. 4.26, б) нагрузке. Изучаемый выпрямитель подобен рассмотренному однофазному мостовому, но получает питание от трехфазного источника напряжения, содержит 6 тиристоров, представляет собой достаточно сложную систему и вследствие этого более труден для анализа.

Так как тиристоры Th Т2 и Т3 соединены катодами, принято говорить, что они составляют катодную группу тиристоров. Тиоисторы 74, Т5 и Г6, соединенные анодами, составляют анодную группу.

В однофазном мостовом выпрямителе каждый тиристор может проводить ток в паре с единственным тиристором и таких пар всего две. В трехфазном мостовом выпрямителе каждый тиристор может проводить ток в паре с одним из двух тиристоров противоположной группы. К примеру, тиристор Г, может проводить ток или в паре с тиристором Г5, или в паре с тиристором Г6. Вследствие этого имеется 6 пар тиристоров, совместно проводящих ток нагрузки.

Основная трудность при анализе выпрямителя состоит в том, чтобы определить, какая пара тиристоров находится во включенном состоянии или может в нем находиться (т. е. может быть включена импульсами управления). Подобные проблемы типичны для всех электронных устройств, содержащих нелинейные и, в частности, работающие в ключевом режиме элементы. При анализе таких устройств очень полезно выявить их характерные особенности, сужающие круг возможных сочетаний режимов работы элементов и упрощающие определение токов и напряжений.

Укажем такие особенности для рассматриваемой схемы.

– Не могут быть включены два тиристора одной группы (так как их проводящее состояние обеспечило бы протекание под действием соответствующего линейного напряжения очень большого обратного тока одного из тиристоров, что невозможно для исправного прибора).
– Если имеется пара включенных тиристоров, то напряжение ивых равно определенному линейному напряжению, причем возможны 6 вариантов:

Например, при включенных тиристорах Г, и Т5 ивых = = иаЬ а при включенных тиристорах Т4 и Т2 ивых = — иаЬ

Пусть в некоторый момент времени при включенной одной паре тиристоров ивых = и{ Тогда не может быть включена другая пара, для которой ивых = и2ии2< и{ (иначе это соответствовалооы включению тиристора, находящегося под обратным напряжением, что невозможно). Отсюда следует, что в рассматриваемой схеме исключено скачкообразное уменьшение напряжения ивых (ордината точки временной диаграммы напряжения ивых не может совершать скачки вниз). Но скачкообразное увеличение напряжения ивых вполне возможно.

Второе следствие этой особенности рассматриваемого выпрямителя состоит в том, что в случае, когда все тиристоры непрерывно получают импульсы управления (и таким образом выполняют функции диодов), в некоторый момент времени во включенном состоянии будет находиться та пара приборов, которая обеспечит наибольшее значение напряжения ивых (иначе, по крайней мере, на одном тиристоре этой пары создавалось бы существенное прямое напряжение).

Если тиристоры работают в режиме диодов (или если анализируется неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель, кратко рассмотренный выше), для выявления включенных в заданный момент времени приборов достаточно:

1. по временным диаграммам выбрать из трех (uab, иЬс, иса) одно линейное напряжение, имеющее максимальное по модулю значение;
2. выделить в трехфазной схеме однофазную мостовую, питающуюся выбранным напряжением;
3. определить два прибора (из четырех), которые открываются выбранным напряжением.

Пример использования алгоритма.

Работа выпрямителя на активную нагрузку при нулевом угле управления. В рассматриваемом случае тиристоры выполняют функции диодов (и результаты анализа применимы также к неуправляемому выпрямителю). Рассмотрим временные диаграммы (рис. 4.27), характеризующие работу схемы. Через Um обозначено амплитудное значение линейных напряжений uab, иЬс, иса (общим обозначением всех линейных напряжений является иЛ). Ось абсцисс разделена на отрезки, каждому из которых присвоен номер, обозначаемый через л.

На временной диаграмме напряжения ивых для каждого отрезка указано совпадающее с ним линейное напряжение, а на временной диаграмме тока ieblx — совпадающий с ним ток включенной пары тиристоров. Обратимся к отрезку с номером 1. На этом отрезке максимальным по модулю является напряжение иЬс

Однофазный выпрямитель, питающийся напряжением иЬс, образуют тиристоры Т2, Г3, Г5, Т6. Так как иЬс < О, открыты тиристоры Т4 и Т5 причем аналогично выполняется анализ для других отрезков.

Частота пульсаций (частота основной гармоники пульсаций) напряжения ивых в 6 раз больше частоты напряжения питающей сети, что сильно облегчает их фильтрацию. Приведем основные соотношения, характеризующие рассматриваемый режим. Среднее значение Ucp выходного напряжения:

где U — действующее значение линейного напряжения.

Регулировочная характеристика выпрямителя при работе на активную нагрузку

Угол управления а для каждого тиристора отсчитывается от момента включения соответствующего диода неуправляемого выпрямителя (по существу это справедливо и для рассмотренного однофазного мостового, и для других управляемых выпрямителей).
Как следует из последнего выражения, при а = 2л/3
Используя полученные выражения, изобразим регулировочную характеристику графически (рис. 4.28, сплошная линия).
Работа выпрямителя на активноиндуктивную нагрузку при угле управления я/3 рад (60 эл. град.) (рис. 4.29). При построении временных диаграмм предполагалось, что индуктивность LH достаточно велика и ток нагрузки практически постоянный. Регулировочная характеристика выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку.

Наличие индуктивности обеспечивает режим непрерывного тока.

Отсюда следует, что при а = л/2, Ucp = 0. Дадим графическое изображение регулировочной характеристики (рис. 4.28, пунктир).