Влияние коммутации полупроводниковых приборов на величину выпрямленного напряжения
Коммутацией полупроводниковых приборов называется процесс перевода нагрузки с одного прибора на другой. У выпрямителей коммутация происходит при изменении полярности напряжения вторичной обмотки трансформатора u2.
Рис. 3.7. Коммутация полупроводниковых приборов однофазного выпрямителя
Рассмотрим этот процесс для выпрямителя по схеме моста (рис. 3.7), предполагая, что выпрямленный ток Id идеально сглажен. Будем также пренебрегать активным сопротивлением цепи и прямым падением напряжения в полупроводниковых приборах. При этом кривые мгновенных значений Ud и i2 будут иметь вид, показанный на рис. 3.7. Индуктивность цепи вторичной обмотки трансформатора не позволяет току i2 мгновенно изменить направление.
Поэтому в момент, когда напряжение u2 изменяет свое направление, полупроводниковые приборы 1 и 3 еще остаются открытыми и через них продолжает протекать ток.
В следующем полупериоде к диодам 2 и 4 будет приложено прямое напряжение w2, и диоды откроются, как только
достигнет величины, равной произведению числа последовательно включенных диодов тв в обоих плечах выпрямителя и порогового напряжения Uто. Это происходит при 
, практически сразу после изменения полярности u2.
Когда все полупроводниковые приборы в мостовой схеме открыты, получается короткое замыкание вторичной обмотки трансформатора.
Напишем уравнение равновесия напряжений для этого короткозамкнутого контура. При этом пренебрегаем активным сопротивлением трансформатора, приведенным к его вторичной обмотке, а также прямым падением напряжения в полупроводниковых приборах:
где ik — ток короткого замыкания вторичной обмотки трансформатора; L2 — индуктивность трансформатора, отнесенная к его вторичной обмотке. Проинтегрируем это выражение:
Этот промежуток времени, выраженный в угловых единицах (в градусах и радианах), называется углом коммутации γ, хотя не является углом в геометрическом смысле.
Из формулы (3.4) следует, что угол коммутации γ возрастает с увеличением выпрямленного тока Id и индуктивного сопротивления цепи переменного тока Х2, приведенной к вторичной обмотке трансформатора.
За время коммутации вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко, и мгновенное значение выпрямленного напряжения при этом равно нулю. С учетом этого среднее значение выпрямленного напряжения будет равно
Влияние пульсаций выпрямленного тока на величину напряжения на тяговом электродвигателе
Рис. 3.8. Влияние пульсаций выпрямленного тока на процесс коммутации: а —схема; б — осциллограммы
— переменной составляющей пульсирующего тока id с двойной частотой по отношению к контактной сети и с амплитудой, определяемой по формуле (3.1).
Форма токаре учетом всех трех составляющих показана на рис. 3.8, б. Из этого рисунка видно, что форма кривой i2 значительно отличается как от прямоугольной формы, так и от синусоиды.
Основная гармоника тока i2 отстает от напряжения за счет коммутации диодов на угол примерно равный 0,5 γ. За счет пульсаций выпрямленного тока этот угол оказывается еще больше. Таким образом, коммутация диодов и пульсация выпрямленного тока ухудшают коэффициент мощности электровоза с выпрямителем.
5. При проектировании тягового трансформатора надо стремиться снизить индуктивность Х2 путем уменьшения потоков рассеяния. Эта задача усложняется при использовании амплитудного регулирования напряжения за счет переключения секций обмоток трансформатора. Решение этой задачи позволит снизить потерю выпрямленного напряжения и, следовательно, потерю скорости электровоза, а также несколько повысить коэффициент мощности электровоза.