Умови природного вимикання та зв’язок реактивної потужності із стрибками вихідної напруги

У тягових випрямлячах найчастіше використовують одноопераційні тиристори, вони мають невелику вартість та найменше ускладнення схеми. Вимикання тиристорів при цьому забезпечується природне, і виконується воно джерелом живлення змінного струму. На рис. 2.8 показані дві гілки комутатора, що перемикаються. Кожна з гілок містить тиристор або діод та джерело змінної напруги, яку дає одна з вторинних обмоток тягового трансформатора або її секція. Джерело струму i_d враховує навантаження. Як позитивну приймаємо напругу, що подається позитивним полюсом на анод напівпровідникового приладу даної гілки. Нехай проводить струм тиристор VS 1, та треба перевести його на тиристор VS 2, для чого подається імпульс на керуючий електрод VS 2. Щоб ця комутація була можлива, протягом часу переходу струму і часу розсмоктування носіїв зарядів у VS 1 повинна виконуватися умова

u'' > u'. (2.3)

Це правило дійсне, незалежно від конкретних знаків напруг u'' та u'. Наприклад, може бути u' < 0, u'' = 0. Правилу можна дати таке геометричне трактування: на діаграмі вихідної напруги u_d як функції часу переходи можливі тільки уверх. У момент переходу відбувається стрибок вихідної напруги на величину D u = u'' - u'. При ідеалізованій комутації (g = 0) реактивна потужність пропорційна сумі цих стрибків на періоді

Q = k_Q Σ D u, (2.4)

де k_Q – постійний коефіцієнт.

Для доведення використаємо третю формулу (1.14) для потужності комутації та зв’язок (1.19) між потужністю комутації та реактивною потужністю. У момент комутації відбувається приріст струму Δ i' = –i_d у джерелі u' та Δ i'' = +i_d – у джерелі u''. Тому для приросту реактивної потужності, обумовленого даною комутацією, маємо

, (2.5)

що і доводить потрібне, при цьому маючи на увазі, що k_Q = i_d / 2p.

Формула (2.4) дає наочно-геометричне трактування процесів у секціонованих схемах тягових випрямлячів: щоб мінімізувати реактивну потужність, треба мінімізувати суму стрибків вихідної напруги на періоді.