В практике эксплуатации полупроводниковых выпрямителей в силовых цепях встречаются следующие ненормальные режимы:
закорачивание плеча схемы преобразования, что соответствует пробою вентиля без нарушения целостности цепи;
разрыв плеча схемы преобразования, что соответствует механическому разрушению вентиля или перегоранию предохранителя, если он включен в плечо выпрямителя.
Для ртутных выпрямителей первый случай соответствует обратному зажиганию в ртутном вентиле, без отключения ВАБ, а второй случай — погасанию дуги возбуждения вентиля, пропуску управления или, наконец, отключению ВАБ.
Ниже рассматриваются диаграммы указанных режимов для разных схем выпрямления при работе на большую индуктивность (ротор генератора).
Мостовые схемы выпрямления при отключении вентиля (обрыве плеча).
Для схемы с одной группой вентилей рассмотрены диаграммы неуправляемого выпрямителя и управляемого выпрямителя при двух значениях угла регулирования α=0 и α=45° (рис. 45).
Казалось бы, в первых двух случаях диаграммы должны быть одинаковы, однако это не так. При отключенном вентиле 3 до точки а в обоих случаях работают вентили 1 и 2. В указанной точке в неуправляемом выпрямителе происходит коммутация вентилей 1 и 5, поскольку анод 5 становится положительнее анода 1. В управляемом выпрямителе вентиль 5 открывается лишь в точке b, поэтому в точке а вентиль 1 продолжает работать, но вступает в работу вентиль 4, так как его катод становится отрицательнее катода 2. Поэтому ротор оказывается закороченным через вентили одной фазы 1 и 4 и выпрямленное напряжение равно нулю.
Рис. 45. Кривые токов и напряжений мостовой схемы выпрямления при отключении вентиля 3.
а — диаграмма работы вентилей и кривые фазных э, д, с, неуправляемого выпрямителя; б — то же для управляемого выпрямителя при а=0; в — токи в вентилях для этого выпрямителя; г — выпрямленное напряжение для этого выпрямителя; д—-диаграмма работы вентиля и кривые фазных э. д. с. для управляемого выпрямителя при α=45о; е — токи в вентилях для этого выпрямителя; ж — кривая выпрямленного напряжения для этого выпрямителя.
Это есть режим прямого горения вентилей 1 и 5 в точке с. Длительность площадки нулевого потенциала в кривой «а
равна
При а>0 в кривой иа дополнительно к площадке нулевого потенциала появляется отрицательное напряжение, длительность которого равна углу регулирования.
Рис. 46. Кривые токов и напряжений двух параллельно включенных мостовых схем выпрямления при попеременном отключении вентилей 1ф и 5р при номинальной нагрузке генератора.
а — диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с.; б — кривая выпрямленного напряжения; в — токи в вентилях.
Появление отрицательного напряжения связано с тем, что в точке а напряжения вентилей 1 и 2 меняют свой знак, но отключиться они не могут, так как ток в индуктивности обмотки ротора не может измениться скачком. В точке b подается отпирающий импульс на вентиль 4 и возникает режим прямого горения вентилей 1 и 4. От точки а до точки b имеет место режим инвертирования.
При нормальной работе схемы длительность прохождения тока в вентиле равна
.
При отключении вентиля увеличивается длительность прохождения тока в том вентиле, который предшествует отключенному
и составляет
Рис. 47. Кривые напряжений схемы выпрямления с нулевым выводом и уравнительным реактором при отключении вентиля 3. а — диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с. прямой звезды неуправляемого выпрямителя; б —то же обратной звезды; в — кривая выпрямленного напряжения для прямой и обратной звезды; г — диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с. прямой звезды управляемого выпрямителя при а=0; д — кривая выпрямленного напряжения по диаграммам б и г; е — диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с. управляемого выпрямителя при α—45 для прямой звезды; ж — то же для обратной звезды; з — кривая выпрямленного напряжения для управляемых выпрямителей при α=45°.
Для схемы с двумя параллельными группами выпрямления (рис. 46) диаграммы построены при отключении вентиля 1ф и вентиля 5р в номинальном режиме работы генератора. В первом случае нагрузку принимает на себя соответствующий вентиль рабочей группы.
Длительность его работы увеличивается в два раза, однако не превышает нормальную длительность работы в схеме с одной группой, а выпрямленное напряжение уменьшается незначительно.
Отключение же вентиля рабочей группы существенно снижает выпрямленное напряжение (появляются отрицательные значения), однако это снижение существенно меньше, чем в схеме с одной группой (здесь весьма мала площадка нулевого потенциала). Длительность прохождения тока в вентиле 3р также увеличивается в 2 раза.
Рис. 48. Кривые напряжений и токов двух параллельно включенных схем выпрямления с нулевым выводом и уравнительным реактором при отключении вентилей 3р, 3ф и 5ф при номинальной нагрузке генератора.
а — диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с. прямой звезды; б — токи в вентилях прямой звезды; в — кривая выпрямленного напряжения, построенная по диаграммам, приведенным на рис. 41 ,а и 48, а: г —диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с. прямой звезды при отключении вентиля 3р и 5ф; д — токи в вентилях; е — кривая выпрямленного напряжения, построенная по диаграммам; приведенным на рис. 41,а и 48,г.
Схемы выпрямления с нулевым выводом и уравнительным реактором при отключении вентиля (рис. 47, 48).
Диаграммы построены в предположении, ,что уравнительный реактор не насыщается. Рассмотрены три случая: неуправляемый выпрямитель, управляемые выпрямители при а = 0 и а = 45°.
При отключении вентиля 3 отличие от нормального режима заключается только в работе вентилей прямой звезды. Вентили обратной звезды (2, 4, 6) работают одинаково в неуправляемом выпрямителе и в управляемом при а = 0, поэтому на рис. 47 диаграмма работы четных вентилей построена одна для обоих случаев. Различие в работе нечетных вентилей заключается в следующем. В неуправляемом выпрямителе коммутация вентилей 1 и 5 происходит в точке а, поскольку анод вентиля 5 становится положительнее анода 1. Длительность и величина отрицательных значений на кривой выпрямленного напряжения прямой звезды невелики. А на суммарной кривой выпрямленного напряжения появляется небольшая площадка нулевого потенциала длительностью γ. В управляемом выпрямителе вентиль 5 открывается в точке b, поэтому на кривой выпрямленного напряжения прямой звезды значительно увеличиваются длительность и величина отрицательных значений. На суммарной кривой u появляется площадка нулевого
потенциала длительностью
При а>0 на кривой иd появляются дополнительно отрицательные значения длительностью α+γ. Для случая α=45° построены диаграммы прямой и обратной звезды. Сказанное относительно длительности прохождения тока в управляемом вентиле мостовой схемы выпрямления справедливо и для рассматриваемого случая.
Диаграммы работы вентилей двух параллельно включенных схем построены для двух случаев: отключение трех вентилей 5ф, 3р и 3ф; отключение только одного вентиля 3р.
Для обоих случаев построены только выпрямленные напряжения прямой звезды. Для обратной звезды диаграммы показаны на рис. 41. Двойная коммутация тока в фазе отсутствует. Существенное отличие работы схемы с двумя параллельными группами состоит в том, что при отключении рабочего вентиля нагрузка ложится на предыдущий вентиль форсировочной группы.
Длительность прохождения тока в вентиле составляет 
соответственно для неуправляемого
выпрямителя и для управляемого при α=42°. Отрицательное напряжение звезды по длительности и амплитуде значительно больше, чем в схеме с одной группой вентилей, поскольку режим инвертирования идет по форсировочной группе. Режимы отключения вентилей рабочей группы могут оказаться опасными для выпрямительного трансформатора, так как часть обмотки, подключенная к форсировочной группе вентилей, не рассчитана на длительное прохождение номинального тока (см. гл. 8). Из диаграммы следует, что отключение вентиля форсировочной группы приводит к незначительному уменьшению и и увеличению длительности (в допустимых пределах) прохождения тока в рабочем вентиле.
Мостовые схемы выпрямления при закорачивании плеча (рис. 49,50).
Данные режимы характеризуются тем, что схема работает нормально в течение 2/3 π за период, а в течение 1/3 л происходит чередование двух- и трехфазных к. з. Длительно такой режим существовать не может, поскольку плечо моста или весь выпрямитель отключается защитой. Тем не менее при отказе защит такой режим может возникнуть (особенно при испытаниях, когда могут быть введены не все защиты) и его анализ представляется необходимым. В силу весьма сложных процессов прохождения токов анализируются только кривые выпрямленного напряжения. При этом не учитываются искажения формы кривой фазных э. д. с., которые весьма значительны. Построение диаграмм производится по следующему правилу: при закорачивании нечетного вентиля (например 1) на катоде (для четных на аноде) всегда присутствует соответствующая фаза напряжения источника питания (фаза А); при подаче отпирающего импульса на вентиль другой фазы (например 3) он открывается, и напряжение катода становится равным полусумме фазных напряжений, как во время коммутации. Имеет место длительное двухфазное к. з. Далее при открывании вентиля, принадлежащего к третьей фазе, двухфазное к. з. переходит в трехфазное.
Рассмотрим построение диаграммы рис. 49. Пусть закорачивание вентиля 1 произошло в точке t. До точки а выпрямитель работает нормально. В точке а открывается вентиль 3 и возникает двухфазное к. з. Напряжение катода до точки b изменяется по кривой 0,5 (еа+еb), а анод соединен с фазой С. До точки b, в которой отпирается вентиль 4, имеет место инверторный режим небольшой длительности. Во время коммутации вентилей 2 и 4 возникает трехфазное к. з. и одновременно режим прямого горения через вентиль 4 и закоротку (вентиль 1).
Рис. 49. Кривые напряжений мостовой схемы выпрямления при закорачивании вентиля 1.
а — диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с. неуправляемого выпрямителя; б — то же управляемого при а=0; в — кривая выпрямленного напряжения для этих выпрямителей; г —диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с. управляемого выпрямителя при α=45°; д — кривая выпрямленного напряжения для этого выпрямителя при α—45°.
В точке g коммутация вентилей 2 и 4 кончается. Снова возникает двухфазное к. з. фаз А и В и режим прямого горения (вентили 4 и 1). В точке с открывается вентиль 5, происходит коммутация вентилей 3 и 5 и возникает трехфазное к. з., которое имеет место до точки d. 99
Теперь напряжение катода определяется полусуммой э. д. с. фаз А и С: 0,5(еа + ес), режим прямого горения остается, так как вентиль 4 остается в работе.
Рис. 50. Кривые напряжения двух параллельно включенных схем выпрямления при закорачивании вентиля 1р при номинальной нагрузке генератора.
а — диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с.; б—кривая выленного напряжения.
В точке е начинается коммутация вентилей 4 и 6 и после ее окончания кончается режим прямого горения и начинается выпрямительный режим. В точке h вентиль 5 коммутирует на вентиль 1 (закоротку), и схема переходит в режим без к. з. Далее все повторяется.
В кривой выпрямленного напряжения наблюдается площадка нулевого потенциала длительностью
и отрицательное напряжение длительностью
Сравнение диаграмм неуправляемого и управляемого при α= 0 выпрямителей (рис. 49,а, б) показывает, что выпрямленное напряжение одинаково в обоих случаях. Однако длительность к. з. в обеих схемах различна.
Диаграммы напряжений с двумя группами вентилей (рис. 50) построены по правилам, описанными выше для одной группы. Выпрямленное напряжение существенно изменяется по сравнению со схемой, содержащей одну группу вентилей. Сокращается площадка нулевого потенциала, поскольку одновременная работа вентиля 1р и 4ф не приводит к режиму прямого горения.
Рис. 51. Кривые напряжений схемы выпрямления с нулевым выводом и уравнительным реактором при закорачивании вентиля 1.
а —диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с. прямой звезды неуправляемого выпрямителя; б — то же обратной звезды; в—кривая выпрямленного напряжения для этих выпрямителей; г — диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с. для управляемого выпрямителя при а=0 для прямой звезды; д —кривая выпрямленного напряжения для этого выпрямителя по диаграммам г и б; е — диаграмма работы вентилей и кривые фазных, э. д. с. прямой звезды управляемого выпрямителя при а=45°; ж —то же для обратной звезды; з —кривая выпрямленного напряжения для этих выпрямителей.
Схемы выпрямления с нулевым выводом и уравнительным реактором при закорачивании плеча (рис. 51, 52).
Диаграммы построены в предположении, что уравнительный реактор не насыщается в указанных режимах.
Данные диаграммы строятся отдельно для вентилей прямой и обратной звезд при закорачивании вентиля 1.
Рис. 52. Кривые напряжений двух параллельно включенных схем выпрямления с нулевым выводом и уравнительным реактором при закорачивании вентиля 1р, ар=45°, аф = 120°.
а — диаграмма работы вентилей и кривые фазных э. д. с. прямой звезды; б — то же обратной звезды; в — кривая выпрямленного напряжения.
Сравним работу неуправляемых и управляемых вентилей при а = 0. В этих случаях в точке а вступает в работу вентиль 3 и возникает двухфазное к. з., напряжение катода равно 0,5 (еа + еb).
В точке b напряжение анода неуправляемого вентиля 5 становится положительнее напряжения анодов вентилей 1 (закоротки) и 3. До точки с работают неуправляемые вентили 1, 3 а 5, т. е. имеет место трехфазное к. з. В указанном промежутке не может отключиться ни вентиль 3, ни 5, поскольку полуcумма э. д. с. еа и еb, а также еа и ес меньше фазного напряжения еь и ес. В точке с напряжение, равное 0,5(еа+ес), становится положительнее еb, и вентиль 3 отключается. После трехфазного к. з. возникает двухфазное. Для управляемого выпрямителя с а = 0 различие в работе наблюдается в промежутке от b до d (режим инвертирования), поскольку вентиль 5 открывается только в точке d. Далее процесс происходит как и в неуправляемом выпрямителе. Работа вентилей обратной звезды в обоих случаях одинакова. Выпрямленное напряжение в рассмотренных случаях различается незначительно.
Увеличение угла а приводит к существенному увеличению „площадки' инвертирования, и в выпрямленном напряжении прямой звезды появляется значительное отрицательное напряжение длительностью
Однако в суммарном выпрямленном напряжении длительность отрицательных значений напряжений сокращается и равна
Диаграммы для двух групп вентилей построены аналогичным образом. Единственное различие заключается в том, что при коммутации вентиля 1ф суммарное напряжение определяется рабочей группой с учетом искажения напряжения в течение всего времени работы форсировочного вентиля (от точки а до точки b). Эти диаграммы построены для случая питания вентилей от выпрямительного трансформатора.
