Первоисточник http://services.eng.uts.edu.au/~venkat/pe_html/ch05s1/ch05s1p1.htm
Перевод Довганя А.Ю.
Работа 3-фазового полностью контролируемого выпрямителя
Действие схемы
Действие схемы 3-фазного полностью контролируемого мостового выпрямителя описывается в этой странице. Трехфазный полностью контролируемый мостовой выпрямитель может быть сконструирован, используя шесть тиристорав, как показано ниже.
В схеме трехфазного мостового выпрямителя три плеча, каждая фаза соединилась с одним из трех фазовых напряжений. Альтернативно, можно видеть, что мостовая схема имеет две половины, положительная половина состоит из тиристоров s1, s3 и s5 и отрицательная половина состоит из тиристоров s2, s4 и s6. В любой момент, один тиристор из каждой половины замыкается, когда есть электрический ток. Если фазовая последовательность источника будет АБС, тиристоры работают в последовательности s1, s2, s3, s4, s5, s6 и s1 и так далее. Действие схемы сначала объясняется с предположением, что диоды используются вместо тиристоров. Трехфазное напряжение изменяется, как показано ниже.
Пусть трехфазные напряжения определены, как показано ниже.
Можно видеть, что напряжение фазы А является наивысшим из трех фазных напряжений, когда Θ находится между 30° и 150°.Также можно видеть, что напряжение фазы В является наивысшим трехфазных напряжений, когда Θ находится в между 150 и 270° и что напряжение фазы С является наивысшим из фазных напряжений, когда Θ находится между 270 и 390° или 30° в следующем цикле. Мы также находим, что напряжение фазы А является самым низким трехфазных напряжений, когда Θ находится между 210 и 330°. Можно также видеть, что напряжение фазы В является самым низким из фазных напряжений, когда Θ находится между 330 и 450° или 90° в следующем цикле, и что напряжение фазы С является самым низким, когда Θ находится 90 и 210°. Если используются диоды, диод d1 вместо s1 проводил бы напряжение от 30 до 150°, диод d3 проводил бы от 150 до 270° и диод d5 – от 270 до 390° или 30° в следующем цикле. Таким же образом, диод d4 проводил бы от 210 до 30°, диод d6 – от 330 до 450° или 90° в следующем цикле, и диод d2 проводил бы от 90 до 210°. Положительный рельс выходного напряжения моста соединяется с наивысшими сегментами конверта трехфазных напряжений и отрицательного рельса выведенного напряжения к самым низким сегментам конверта.
На любой момент кроме переходных периодов, когда электрический ток перемещен от одного диода к другому, только одна из следующих пар работает в каждый момент.
| Промежуток Θ | Работающий диод |
| 300 до 900 | D1 и D6 |
| 900 до 1500 | D1 и D2 |
| 1500 до 2100 | D2 и D3 |
| 2100 до 2700 | D3 и D4 |
| 2700 до 3300 | D4 и D5 |
| 3300 до 3600 и 00 до 300 | D5 и D6 |
Если используются тиристоры, их включение может быть задержано выбором нужного угла открытия. Когда тиристоры открываются при угле 0, выход из мостового выпрямителя такой же, как из схемы с диодами. Например, видно, что d1 начинает проводить только после Θ = 30°. Действительно, он может начать проводить только после Θ = 30°, так, как он реверсивно направлен до Θ = 30°. Смещение через d1 становится равным 0, когда Θ = 30° и диод d1 начинает становиться прямонаправленным только после Θ = 30°. Когда Va(Θ)= E*sin (Θ), диод d1 обратно направлен перед Θ = 30° и прямонаправлен когда Θ = 30°. При нулевом угле открытия тиристоров s1 открывается, когда Θ = 30°. Это означает, что если синхронизирующий сигнал нужен для открытия s1, то сигнальное напряжение Va(Θ) отстает на 30° и если угол открытия Θ, тиристор s1 запущен, когда Θ = α + 30°. Предоставляют, что проводимость непрерывна, следующая таблица представляет пару тиристоров в проводимости в любой момент.
| Промежуток Θ | Работающий диод |
| α + 300 до α + 900 | S1 и S6 |
| α + 900 до α + 1500 | S1 и S2 |
| α + 1500 до α + 2100 | S2 и S3 |
| α + 2100 до α + 2700 | S3 и S4 |
| α + 2700 до α + 3300 | S4 и S5 |
| α + 3300 до α + 3600 и α + 00 до α + 300 | S5 и S6 |
Работа мостового выпрямителя иллюстрируется с помощью апплета, который следует за этим параграфом. Вы можете установить угол открытия в рамках 0° < угол открытия < 180° и вы также можете установить мгновенный угол. Апплет показывает пару тиристоров в проводящем состоянии в выбранный момент. Путь электрического тока показывается в красном цвете на схеме. Мгновенный угол может быть набран в его текстовом поле, или изменен перемещением кнопки линии прокрутки. Вращающаяся векторная диаграмма весьма полезна, чтобы иллюстрировать, как работает схема. Как только угол открытия установлен, позиция вектора для угла открытия установлен. Затем с изменением мгновенного угла проводящая пара соединяется с толстыми оранжевыми дугами. (на рисунке) Один способ представить себе – вообразить две щетки, которые являются 120° шириной и устройство в фазе соединенное с поведением щеток. Щетка, которая имеет "угол открытия" написано рядом она действует как щетка соединенная с положительным рельсом и другая действует как будто бы она соединена с отрицательным рельсом. Эта диаграмма иллюстрирует, как схема выпрямителя действует как коммутатор и преобразует переменный ток в постоянный. Выходное напряжение определяется амплитудой фазового напряжения, являясь единым значением.
Синхронизирующие сигналы.
Чтобы изменить выходное напряжение, необходимо изменить угол открытия. Для того, чтобы изменить угол обстрела, одна обычно используемая техника - установить синхронизирующий сигнал для каждого тиристора. Видно, что нулевой угол происходит через 30 градусов после пересечения нуля соответствующим фазовым напряжением. Если синхронизирующий сигнал - синусоидальным сигналом, это должно сдвинуть соответствующую фазу на 30° а затем схеме нужно производить сигнал открытия может быть подобен описанному для однофазного. Вместо одного такая схема для однофазового выпрямителя нам нужно три такие схемы. Когда 3-фазный источник соединился с выпрямителем в звезду, линейные напряжения и фазовые напряжения имеют разницу 30° фазового угла, как показано ниже.
Линейное напряжение может также быть получено, как:
Это линейное напряжение отстает напряжения фазы А на 30° и имеет амплитуду, которая является 1.732 раз больше амплитуды фазного напряжения. Синхронизирующий сигнал для тиристора s1 может быть получен основанным на напряжении Vac линии. Синхронизирующие сигналы для других тиристоров могут быть получены подобным образом.
Чтобы получить синхронизирующие сигналы, три контрольных трансформатора могут использоваться с первичными обмотками, соединенными в дельте и вторичных в звезде, как показано ниже.
Для s1, напряжение vs1 используется в качестве синхронизирующего сигнала. Напряжение vs2 используется в качестве синхронизирующего сигнала для тиристора s2 и так далее. Формы волны, представленные синхронизирующими сигналами, есть, как показано ниже. Формы волны не показывают эффект соотношения поворотов, так, как любое мгновенное значение было нормализовано относительно своего пикового значения. Например, пусть первоначальное фазовое напряжение составляет 240 v а затем его пиковое значение составляет 339.4 вольт первоначальное напряжение нормализуется относительно 339 вольт. Если пиковое напряжение каждой половины вторичной обмотки составляет 10 v, вторичное напряжение нормализуются относительно 10 вольт.
Математический анализ.
Анализ этого трехфазного управляемого выпрямителя во многих отношениях подобен анализу цепи однофазного мостового выпрямителя. Мы заинтересованы в выходном напряжении и токе источника. Среднее выходное напряжение, среднеквадратичное выходное напряжение, содержание колебаний в выходном напряжении, полный среднеквадратичный ток, среднеквадратичный ток основной гармоники, суммарный коэффициент гармоник в линейном токе, смещение коэффициента мощности и очевидный коэффициент мощности должны быть определены. В этой секции, анализ осуществляется предполагая, что ток нагрузки - устойчивый постоянного тока.
Среднее выходное напряжение.
Перед получением выражения для выходного напряжения, предпочтительно выяснить, как форма волны выходного напряжения изменяется с изменением угла открытия. В одном цикле напряжения источника, шесть пар проводят, каждая пара для 60°. Это означает, что период для формы выходной волны – 1/6 периода линейного напряжения. Форма выходной волны повторяет себя шесть раз в одном цикле входного напряжения. Форма выходного напряжения может быть определено рассмотрением одной пары. Видно, что, когда Vа(Θ)= e* sin (Θ), тиристоры s1 и s6 проводят, когда Θ изменяется от 30 + α до 90° + α , где Θ - угол обстрела.
Затем:
Форма волны на выходе может чертиться для различных углов открытия. Апплет ниже принимает угол открытия, как вход и чертит выходное значение. Пиковое междуфазное напряжение отмечено, как 'u' и апплет начинается с момента включения тиристора и показывает форму выходной волны в течение одного цикла.
В выражении выше, U - пиковое междуфазное напряжение, тогда как E - амплитуда фазового напряжения 3-фазового источника.
Выходное напряжение тиристоров.
Напряжение на выходе тиристоров вычисляется как указано ниже:
Струйчатый фактор выведенного напряжения есть тогда:
Апплет ниже показывает среднее выходное напряжение, выходное напряжение тиристоров и коэффициент пульсаций для случая непрерывной проводимости через нагрузку.
Видно, что среднее выходное напряжение отрицательно, когда угол открытия превышает 90°. Это означают, что электрический ток от стороны постоянного тока к источнику переменного тока. Когда угол открытия держится в районе 0° < α < 90°, говорят, что эта схема действует в выпрямительном регионе (режиме). Когда угол открытия держится в районе 90° < α < 180°, говорят, что эта схема действует в инверторном регионе (режиме). Когда схема действует в выпрямительном регионе, сетевой энергетический поток от источника переменного тока к связи постоянного тока. В инверторном регионе, сетевой энергетический поток находится в обратном направлении. Чтобы действовать в инверторном регионе, необходимо иметь наличие источника постоянного тока в связи постоянного тока, которая может обеспечить питание, которое возвращается обратно к источнику переменного тока.
Среднеквадратической линейный ток.
Среднеквадратическое значение линейного тока относительно легко определить, если связь постоянного тока устойчива и не содержит колебаний. Ток нагрузки бесколебателен, если индуктивность в связи постоянного тока относительно большая. Чтобы поддерживать нагрузки ток при любом угле открытия, предполагается, что связь постоянного тока содержит источник напряжения. Предполагают, что сопротивление цепи нагрузки нулевое, источник напряжения должен равняться напряжению среднего выходного напряжения мостовой схемы, если связь постоянного тока остается устойчивой в некотором значении. Формы волны, показанные ниже, основаны на предположении, что эти условия соблюдены. Показано, что, если Va(Θ)= e*sin (Θ), тиристор s1 открывается, когда Θ изменяется от α + 30°до α + 90° и что тиристор s4 открывается, когда Θ изменяется от α + 210° до α + 270°. Если амплитуда тока нагрузки постоянного тока назначена, чтобы быть единой, форма волны линейного тока тогда - прямоугольный импульс, оставаясь + 1 от α + 30° до α + 150°, в - 1 от α + 210° α + 330°, и ноль в ост. случае. Амплитуда основной гармоники в линейном токе тогда 3.464/π ( что составляет почти 0.78) и амплитуда других нечетных гармоник - 3.464/nπ, где n – номер нечетной гармоники. Когда ток нагрузки постоянного тока устойчив и имеет величину единства, среднеквадратической ток линии получен, как показано в выражении (5). Среднеквадратическое значение амплитуды основной гармоники получено, как показано в выражении (6). Выражение (6) основано на том, как тригонометрические коэффициенты Фурье определяются для форм волны с четвертьволновой симметрией. Когда линейный ток является прямоугольным и симметричным, фазный ток такой же, как и линейный ток, и фундаментальный компонент фазного тока отстает от фазного напряжения на угол, равный углу открытия тиристоров. Отныне коэффициент сдвига мощности выражен, как показано выражением (7). Так как линейный ток не синусоидален, очевидный коэффициент мощности, обычно относился только так же на коэффициент мощности в большинстве из текстов, есть менее чем КСМ и представляется выражением (8). Так как линейный ток не синусоидален, компонент искажения в линейном токе придется считать. Этот компонент, обратился к ПГИ (полное гармоническое искажение ), вычислен, как показано в выражении (9).
МОДЕЛИРОВАНИЕ
Апплет, показанный ниже, симулирует кругооборот в форме воодушевления. Единственный параметр, который установлен, - угол обстрела и программа может управляться для однотактного или ступить. Вы можете щелкнуть по кнопке Паузы к паузе и рассматривать показ.
