«Электротехника и преобразователи. Расчёт однофазного управляемого выпрямителя»

В данной курсовой работе рассматривается расчет однофазного управляемого выпрямителя, предназначенного для регулирования напряжения на тяговом двигателе последовательного возбуждения. Расчеты, приведенные в курсовой работе, служат базой для проектирования более сложных выпрямительно-инверторных преобразователей электроподвижного состава.

За основу расчетов в данной курсовой работе взят управляемый выпрямитель, изображенный на рисунке 1. Два плеча моста содержат тиристоры VS1 и VS2, а два остальных-диоды VD1, VD2. От выпрямителя питается тяговый двигатель, подключенный к выходу моста через сглаживающий дроссель L. Для уменьшения пульсаций магнитного потока двигателей обмотка возбуждения зашунтирована резистором Rш. В данной схеме выпрямителя реализуется так называемый фазовый способ регулирования напряжения на нагрузке за счет изменения момента отпирания тиристоров. Этим обеспечивается плавное регулирование напряжения в широком диапазоне.

Промежуток времени между моментами подачи положительного напряжения на анод вентиля до момента подачи отпирающего импульса Uy (рисунке 2) на его управляющий вывод, называется углом регулирования α.

Увеличивая угол α, можно задерживать момент начала прохождения тока через очередной вентиль и уменьшать среднее значение выпрямленного напряжения. С увеличением угла регулирования α уменьшается площадь кривой U(ωt) (рисунок 1) выпрямленного напряжения и уменьшается среднее выпрямленное напряжение Ud. Наибольшее значение, выпрямленное напряжение будет иметь при α=0, и оно будет равно нулю при α=1800 .

Диаграммы напряжений и токов элементов выпрямителя приведены на рисунке 2. При построении диаграмм принято, что выпрямленный ток Id идеально сглажен и падение напряжения на открытых тиристорах и диодах, а также на активных сопротивлениях обмотки трансформатора равны нулю.

В полупериод питающего напряжения, при котором ЭДС вторичной обмотки трансформатора имеет полярность, обозначенную на рисунке 1 без скобок, ток нагрузки Id протекает через тиристор VS1 и диод VD2. Изменение полярности ЭДС вторичной обмотки приводит в начале следующего полупериода к коммутации тока из диода VD2 в диод VD1, что сопровождается уменьшением до нуля тока, протекающего через VD2 и нарастанием до величины Id тока, протекающего через диод VD1. В период коммутации диодов γ2 и после его окончания выпрямленное напряжение равно нулю, так как вторичная обмотка трансформатора оказывается отключенной от цепи нагрузки закрытым диодом VD2. Ток нагрузки протекает под действием ЭДС самоиндукции, возникающей в сглаживающем дросселе и обмотках двигателя.

Передача энергии от трансформатора к нагрузке возобновляется при открытии тиристора VS2 в момент, определяемый углом управления α. При этом ток, протекающий через тиристор VS1 уменьшается, до нуля, а в тиристоре VS2 происходит нарастание тока до величины Id.

Время, в течение которого, происходит передача тока нагрузки Id с тиристора VS1 на VS2, называется временем коммутации γ1. Окончание коммутации характеризуется уменьшением до нуля тока через тиристор VS1 и, соответственно, достижением тока через вентиль VS2 величины Id. После завершения процесса коммутации в выпрямителе протекает ток под воздействием вторичной обмотки трансформатора. В следующий полупериод питающего напряжения в выпрямителе происходят процессы, аналогичные рассмотренным. В начале полупериода осуществляется коммутация тока с диода VD1 на диод VD2 и выпрямленное напряжение становится равным нулю, а при угле управления α начинается коммутация тока с тиристора VS2 на тиристор VS1, после окончания, которой выпрямленное напряжение опять скачком возрастает.

Рисунок 2 - Временные диаграммы токов и напряжений элементов.