Исследование энергетических и электромагнитных характеристик полупроводниковых выпрямителей

Эффективность работы управляемых полупроводниковых выпрямителей, широко использующихся как непосредственно для получения постоянного (выпрямленного) тока, так и в составе полупроводниковых преобразователей со звеном постоянного тока, характеризуется характеристиками, среди которых можно отметить [1, 2]:

1. Внешняя характеристика, которая представляет собой зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения выпрямленного тока U_d = f (I_d).
2. Регулировочная характеристика, отражающая зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от величины угла управления U_d = f (α).
3. Электромагнитные характеристики, представляющие собой зависимости среднего значения тока вентиля, действующего значения тока вентиля, а также действующего значения потребляемого выпрямителем тока от среднего значения выпрямленного тока: I_v0, I_v, I₁ = f (I_d).
4. Энергетические характеристики, определяемые как зависимости полной и активной потребляемых мощностей, а также активной мощности в нагрузке от среднего значения тока нагрузки: S₁, P₁, P_d = f (I_d).

Кроме того, качество работы выпрямителя может оцениваться по значениям коэффициента мощности выпрямителя и его КПД.

Рассмотренные характеристики, а также другие интересующие параметры при расчете и исследовании эксплуатируемых выпрямительных установок и источников питания могут быть эффективно смоделированы при помощи программного комплекса Matlab. На рис. 1 приведена компьютерная модель [1] трехфазного управляемого мостового выпрямителя в программе Matlab с использованием библиотек Simulink и Power Systems.

Рассмотрим использование представленной модели для расчета электромагнитных и энергетических характеристик трехфазного управляемого выпрямителя. При этом считаем, что напряжение сети имеет синусоидальную форму. Величины, соответствующие потребляемой мощности и потребляемому току, будем рассчитывать по первой гармонике. Для простоты рассмотрим характеристики при значении угла управления α = 0°.

Путем снятия значений измерительных приборов (рис. 1) при моделировании могут быть построены и изучены графики зависимостей исследуемых характеристик. На рис. 2 приведены графики зависимостей электромагнитных характеристик выпрямителя.

Рис. 1. Компьютерная модель управляемого мостового выпрямителя

Рис. 2. Электромагнитные характеристики выпрямителя

На рис. 3 показан график рассчитанных энергетических характеристик трехфазного выпрямителя.

Рис. 3. Энергетические характеристики выпрямителя

Как видно, при заданных в модели параметрах выпрямителя и источника питания при росте тока нагрузки значения токов вентилей, потребляемого тока, а также потребляемой мощности и мощности нагрузки практически линейно возрастают. С помощью представленной модели могут быть эффективно рассчитаны требуемые характеристики и параметры исследуемых выпрямителей в различных режимах работы и при учете воздействия реальных факторов, включая сопротивления источника питания, реальные параметры вентилей и др.