1. Wpływ impedancji źródła zasilania na przebieg czasowy i wartość napięcia wyprostowanego w prostownikach wielopulsowych.

Rzeczywiste źródła napięć przemiennych nie są idealne i chara­kteryzuje
je impedancja wynikająca z szeregowego połączenia rezy­stancji i indukcyjności. Analizując wpływ impedancji źródła zasilania na pracę przekształtników, pomija się w praktyce rezystancję, po­nieważ jej wartość jest wielokrotnie mniejsza
od reaktancji (R « ωL). Na rysunku 3 przedstawiono schemat prostownika wielopulsowego sterowanego z uwzględnieniem indukcyjności wejściowych L_k.

a) b)

1. Komutacja prosta w prostowniku sterowanym:

1. układ zastępczy prostownika;

2. przebiegi czasowe napięć i przebiegi czasowe prądów.

Indukcyjność L_k jest wielkością zastępczą (skupioną) wynikającą
z indukcyjności linii zasilającej, indukcyjności rozproszenia uzwojeń transformatora oraz indukcyjności połączeń między transformatorem a układem przekształtnikowym. W układzie z rys. 3a wielkość L_k reprezentuje indukcyjność dławika zastępczego włączonego między idealne źródło zasilania i przekształtnik. Wiadomo, że dławik ma właściwość akumulowania energii elektromagnetycznej. Nagromadzenie i rozładowanie energii dławika nie przebiega skokowo, gdyż wymaga skończonego czasu. Energia ta jest określona wzorem:

przy czym L jest wyrażone w henrach [H]; I - w amperach [A]; W - w dżulach [J]. Przy założeniu, że odbiornik jest silnie indukcyjny ( i_d = I_d ) kolejny tyrystor,
np. T₂ uzyskuje stan przewodzenia przy niezerowej wartości prądu tyrystora ustępującego T₁. W tym przypadku uzyskuje się stan pracy równoległej tyrystorów T₁ i T₂, przy czym w przedziale pracy obu tyrystorów prąd i₁ maleje od I_d
do zera, a prąd i₂ wzrasta od 0 do I_d, przy czym i₁ + i₂ = I_d. Proces przejmowania prądu odbiornika z gałęzi z tyrystorem ustępującym przez gałąź z tyrystorem wstępującym jest nazywany komutacją prostą.

Można stwierdzić, że czas komutacji wydłuża się ze wzrostem L_k i I_d oraz maleje ze wzrostem różnicy napięć u₂ i u₁. W procesie komutacji na zaciskach dławików L_k pojawia się napięcie u_L, którego zwrot jest zgodny z napięciem
w gałęzi ustępującej i przeciwny do napięcia w gałęzi wstępującej. Przebiegi czasowe napięć oraz przebiegi czasowe prądów i₁ oraz i₂ podczas komutacji przedstawiono na rys. 3b.

W przedziale komutacji ω t_k = μ chwilowe napięcie wyprostowane jest równe wartości średniej napięć źródłowych u₁ i u₂, co wynika z następujących zależności:

Z równań (1.1) i (1.2) otrzymuje się:

Różnica napięć u₂ i u_d oznacza stratę napięcia wyprostowanego spowodowaną komutacją. Miarą średniej wartości straty napięcia jest pole zakreskowane na rys. 3b.

W układzie q-pulsowym proces komutacji występuje q-krotnie w przedziale okresu napięcia zasilającego. Całkowita strata napięcia spowodowana komutacją jest wyrażona zależnością

Ponieważ jest spełnione równanie

zatem równanie (1.3) można zapisać w postaci:

Korzystając z prawa indukcji wyrażonego w postaci całkowej:

równanie możemy napisać jako:

ponieważ: i_2(α) =0, i_2(α+μ)= I_d..

Napięcie wyprostowane jest wyrażone zależnością:

Interesująca jest również wartość kąta komutacji μ. Można ją wyznaczyć posługując się następującym rozumowaniem. Różnica napięć fazy wstępującej
i fazy ustępującej, nazywana napięciem komutacyjnym U_k jest określona wzorem:

Pod wpływem napięcia U_k płynie prąd i_k=i₂ w obwodzie zwartym przez tyrystory T₁ i T_2.. W przedziale od ωt =0 do ωt =π (ωt liczone od kąta komutacji naturalnej
w przedziale M) prąd ten jest opisany równaniem:

Przebieg czasowy napięcia u_k i prądu i_k przedstawiono na rys. 4.

2. Napięcie komutacyjne oraz prądy w funkcji kąta α podczas komutacji prostej.

Z rysunku tego wynika, że

Lub

Z równania [1.16] otrzymuje się zależność

Badając równanie [1.17], stwierdza się, że kąt μ uzyskuje maksymalna wartość μ₀, gdy α=π/2. Ta właściwość wynika również z wykresu podanego na rys.4.
Przy kącie α=π/2 stromość narastania prądu i_k jest największa, ponieważ dla kąta α=π/2 napięcie komutacyjne u_k uzyskuje maksymalną wartość. Kąt μ₀ w układach dużej mocy osiąga wartość ~25°.

Praca przekształtnika w przedziale α=π/2 ÷ π jest pracą inwersyjną, nazywaną pracą falownikową. W pracy falownikowej energia z obwodu prądu stałego jest przekazywana do źródła napięcia przemiennego.

Podczas komutacji jest spełnione równanie:

Prąd i₂=i_k jest wyrażony zależnością:

Z równań [1.18] i [1.19] wynika, że prąd i₁ tyrystora ustępującego jest określany
wg wzoru:

Tunia H., Winiarski B.: Energoelektronika w pytaniach i odpowiedziach. WNT Warszawa 1996

Tunia H., Winiarski B.: Energoelektronika w pytaniach i odpowiedziach. WNT Warszawa 1996

ωt

ωt

π

α=140˚

α=90˚

α=60˚

α=0˚

π2

π

---