1.6. ВНЕШНЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения Ud от среднего значения выпрямленного тока Id называют внешней характеристикой преобразователя. Управляемые, например, тиристорные выпрямители имеют семейство внешних характеристик (рис. 1.17), зависящих от угла управления тиристорами α.
При одном и том же значении угла управления, в том числе в неуправляемом выпрямителе (при α= 0), с увеличением тока нагрузки возрастают паления напряжения на элементах схемы, и выпрямленное напряжение уменьшается. Падения напряжения делят условно на три составляющие: индуктивное падение напряжения в цепи коммутации ΔUΧ, активное падение напряжения ΔUΚ, падение напряжения в вентилях выпрямителя ΔUΒ. Падение напряжения в вентилях считают не зависящим от тока нагрузки и принимают равным сумме падений напряжений всех последовательно включенных вентилей при протекании через них номинального тока.
В общем случае внешняя характеристика преобразователя описывается уравнением
(1.6)
Индуктивное и активное падения напряжений зависят от тока нагрузки Id и сопротивлений х, R. Эти сопротивления определяются формулами
(1.7) где хс— индуктивное сопротивление питающей сети; хк— индуктивное сопротивление сквозного КЗ трансформатора; хш и хр—индуктивные сопротивления шин (ошиновки) и реакторов, включенных в цепь выпрямленного тока;
(1.8) где RK— активное сопротивление сквозного КЗ трансформатора;
и Rp — активное сопротивление ошиновки и реакторов в цепи выпрямленного тока; w1 -число витков СО; w2 - число витков ВО.
Ниже рассматриваются внешние характеристики наиболее часто применяемых шестипульсных преобразователей.
Трехфазная мостовая схема при Ld=∞
Вентильные обмотки трансформатора в трехфазной мостовой схеме преобразования соединяют либо в звезду, либо в треугольник. Выпрямленное напряжение холостого хода такого преобразователя имеет шестикратные пульсации, и среднее значение его для звезды и треугольника соответственно равно: 
(1.9)
В многофазных схемах в зависимости от нагрузки возникают отличные друг от друга режимы работы, границами
Рис. 1.17. Внешние характеристики управляемого выпрямителя
которых являются определенные углы коммутации тока γ. Внешнюю характеристику для трехфазной мостовой схемы рассчитывают обычно для первого режима работы, который характеризуется поочередной работой двух и трех вентилей: во внекоммутационный период проводят ток два вентиля, в интервале коммутации — три. Первому режиму работы соответствуют углы коммутации, находящиеся в диапазоне 0≤γ≤π/3. Угол коммутации определяется из уравнений
(1.10)
Индуктивное и активное падения напряжений при соединении вентильных обмоток в звезду рассчитывают соответственно из соотношений
(1.11) где х и γ, определяют по (1.10).
При соединении вентильных обмоток в треугольник следует принимать
(1.12)
Суммарное падение напряжения в вентилях равно удвоенному падению напряжения вентилей в одном плече трехфазного моста.
Шестифазная схема с уравнительным реактором при La =∞
Внешнюю характеристику для схемы две обратные звезды с уравнительным реактором также рассчитывают для режима нормальной нагрузки преобразователя. Первый режим работы такой схемы имеет место при изменении выпрямленного тока от нуля до «критического» значения Idкp (рис. 1.18), равного намагничивающему току уравнительного реактора и составляющего обычно (0,01—0,02)IdH. В первом режиме преобразователь работает как шестифазная схема со средней точкой. В процессе коммутации последовательно с вентильной обмоткой трансформатора оказывается включенной полуобмотка реактора, имеющая большую индуктивность. Появление в контуре коммутации значительной индуктивности приводит к увеличению угла коммутации γ и крутому падению внешней характеристики в этой области.
Напряжение холостого хода шестифазной схемы со средней точкой в общем случае для управляемого выпрямителя равно:
(1.13)
Во втором режиме при токе нагрузки Id, превышающем критический ток Idкр, уравнительный реактор превращается в звено, выравнивающее напряжение трехфазных схем, и обеспечивает их параллельную работу. Индуктивное сопротивление цепи и угол коммутации резко уменьшаются, и в контуре коммутации остаются только индуктивные сопротивления питающей сети и трансформатора. С небольшой погрешностью считают, что напряжение трехфазной схемы со средней точкой равно напряжению условного XX шестифазной схемы с уравнительным реактором:
(1.14)
Из (1.13) и (1.14) нетрудно установить, что при переходе от режима условного XX к реальному XX выпрямленное напряжение возрастает на 15,4%.
Индуктивное и активное падения напряжения определяют соответственно из формул
(1.15)
Шестифазная схема с уравнительным реактором не работает во втором нормальном режиме, если угол коммутации превышает π/3.
Кольцевая схема преобразования при Ld =∞
Внешняя характеристика преобразователя по кольцевой схеме идентична внешней характеристике преобразователя по мостовой трехфазной схеме. Выпрямленное напряжение XX такого преобразователя также имеет шестифазные пульсации, и среднее его значение определяется по формуле (1.9) для схемы соединения звезда. Внешняя характеристика этой схемы обусловлена поочередной работой одного и двух вентилей: во внекоммутационный период ток проводит один вентиль, в интервале коммутации—два. Угол коммутации определяют из уравнения (1.10), падения напряжения ΔUΧ и ΔUR— по (1.11).
