94. Схема выпрямления «две обратные звезды с уравнительным реактором»

На тяговых подстанциях железнодорожного транспорта применяют преобразовательные агрегаты с нулевыми и мостовыми схемами выпрямлении. В нулевых схемах диоды включают на фазное напряжение между фазой и нулем через приемник энергии, в мостовых схемах— на междуфазное напряжение. Нулевые и мостовые схемы бывают простые и сложные. Сложные образуются из простых путем последовательного или параллельного их соединения.

Схема выпрямления «две обратные звезды с уравнительным реактором», называемая также нулевой (рис. 210, а), весьма сложна, так как она составлена из двух простых трехфазных схем путем их параллельного соединения. На каждом стержне трансформатора размещены две вторичные обмотки, в которых э. д. с. имеют по (разе сдвиг на 180°. Нулевые точки обеих «звезд» вторичных обмоток 01 и 02 (см. рис. 210, а и б) соединены через уравнительный реактор, представляющий собой большое индуктивное сопротивление и имеющий среднюю точку О, являющуюся минусом для внешней цепи. Выводы одной «звезды» имеют нечетную, а другой — четную нумерацию, причем нумерация показывает очередность работы фаз и их диодов, которую нетрудно установить по векторным диаграммам. От (раз нечетной «звезды» al, ЬЗ, с5 питаются диоды /, 3, 5, а от фаз четной «звезды» с2, а4, Ь6 — остальные диоды. Если бы эти трехфазные группы работали независимо одна от другой, то при открытом состоянии каждого диода в течение 1/3 периода форма выпрямленного напряжения каждой группы была бы такой, как показано на рис. 211, а и б.

На рис. 211, в эти кривые наложены одна на другую. Вертикальной штриховкой отмечены разности мгновенных значений напряжений, когда потенциал нечетной группы выше, горизонтальной штриховкой, наоборот, когда потенциал нечетной группы ниже. Несмотря на неравенство мгновенных напряжений этих двух групп, они работают параллельно благодаря наличию уравнительного реактора. Заштрихованная разность мгновенных значений напряжения воспринимается данным реактором, к средней точке которого присоединена сеть. Потенциал средней точки реактора относительно катода показан па рис. 211, в жирной линией, делящей пополам мгновенные значения разности напряжений, воспринимаемой реактором в целом.

Рассмотрим работу уравнительного реактора на примере диодов фаз ЬЗ и а.4 (см. рис. 210). Предположим, что в момент включения преобразовательного агрегата наивысшее напряжение имела в нечетной группе фаза ЬЗ, а в четной — а4. Диоды 3 и 4 открылись, и их проводящее состояние обозначено темными треугольниками. При этом иьз и(Л. Тогда вследствие неравенства напряжений параллельно работающих фаз, принадлежащих к различным обмоткам (по аналогии с параллельной работой трапсфюрматоров), потечет уравнительный то к /ур от обмотки с более высоким напряжением в сторону обмотки с меньшим напряжением, как это показано на схеме рис. 210, б. Протекающий через уравнительный реактор ток наводит в нем э. д. с. самондукции ер, которая по отношению к нулевой точке 0 делится пополам так, что уменьшает более высокое напряжение фазы иь:, и увеличивает меньшее напряжение фазы ыа4.

Мгновенные выпрямленные напряжения, создаваемые обеими фазами, одинаковы но величине и равны для фазы с большим значением напряжения ud и,,л — ev/2 и для фазы с меньшим напряжением

Рис. 210. Схема выпрямления «две обратные звезды с уравнительным реактором» (а) и работа уравнительного реактора (б)

— uai+eJ2. В любой момент времени от фазы о ббльшим значением мгновенного напряжения отнимается столько, сколько недостает фазе с меньшим напряжением.

Для любого момента времени справедливо выражение

2м</ = «аз—~ 4- и„л 4- -^2-или (188)

Следовательно, мгновенное выпрямленное напряжение равно среднему значению напряжений двух параллельно работающих фаз.

Когда наступает момент, при кото-ром и,/, ^ и,,3, то изменяется направление уравнительного тока, что вызывает изменение направления э. д. с. ev и ее составляющих (ер/2) по отношению к нулевой точке уравнительного реактора. Процесс выравнивания мгновенных значений напряжений идет в обратном порядке. Уравнительный ток протекает по внутренней цепи выпрямительного агрегата и, иакладываясь на выпрямленный ток /,/2, в одном диоде уменьшает его, а в другом увеличивает.

Вследствие параллельной работы двух трехфазных групп выпрямленный ток в каждый момент времени создается двумя фазами и поэтому через один диод протекает половина выпрямленного тока. Напряжение на реакторе //„ и уравнительный ток /У||, отстающий от напряжения почти па 90°, изменяются с утроенной частотой, как это видно из диаграммы рис. 211, г. Так как уравнительный ток суммируется в каждый момент времени с током нагрузки одной группы IJ2 и уменьшает ток нагрузки другой группы IJ2 (см. рис. 210), то мгновенные значения этих токов отличаются на удвоенные значения уравнительного тока. Постоянные слагающие нагрузочных токов /,,12 создают в уравнительном реакторе встречные магнитные потоки, которые взаимно компенсируются. Уравнительный ток может протекать через диод в обратном направлении от катода к аноду, уменьшая ток нагрузки только тогда, когда ld!2 > iypinax (/,, — выпрямленный ток, потребляемый приемником). Поэтому различают два режима рассматриваемой схемы выпрямления, когда Id/2>iyp.max и fd/2■< /Ур.,„ах.

При холостом ходе (рис. 212, о), когда IJ2 = 0 (при !л — 0), уравнительный ток отсутствует, вследствие чего не возникает в реакторе э. д. с. <?р и не обеспечивается параллельная работа трехфазных групп.

В этом случае каждая фаза работает по 1/6 периода. Если IJ2 > 0, но меньше амплитуды уравнительного тока /ур-тах, то некоторое время у (рис. 212, б) обе группы работают параллельно, а затем в момент, когда установится г'ур = IJ2, параллельная работа прекращается и с этого момента работает лишь одна группа. Начиная с тока нагрузки Д, равного удвоенному амплитудному значению уравнительного тока (2fypmax), имеет место непрерывная параллельная работа обеих трехфазных групп (рис. 212, в). Такое значение тока называется критическим /,(р, так как оно характеризует переломный момент в работе выпрямителя при данной схеме. Критический ток равен 1 % номинального тока выпрямителя. Следовательно, при холостом ходе выпрямленное напряжение имеет вид верхушек йииусоид с амплитудой, соответствующей наибольшему значению фазного напряжения. С возрастанием тока нагрузки от нуля до критического значения /кр среднее выпрямленное напряжение быстро падает. При критическом токе выпрямленное напряжение принимает снова форму верхушек синусоид, но с амплитудой меньшей, чем при холостом ходе выпрямителя. Амплитуда синусоид при этом режиме равна Utm cos я/6 и тем самым выпрямленное напряжение при критическом токе меньше напряжения холостого хода почти на 15%. Такое резкое повышение выпрямленного напряжения (рис. 212, г) при переходе от параллельной к раздельной работе трехфазных групп является недостатком рассматриваемой схемы выпрямления. Практика эксплуатации тяговых подстанций показала, что при современных размерах движения поездов имеется нагрузка ld > /кр почти в любое время суток и режим холостого хода выпрямителя маловероятен.

Повторяющееся напряжение на диоде (см. рис. 211, в) представляет разность потенциалов между анодом закрытого диода и катодом открытого диода; оно изменяется по кривой ОМП и представляет линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора. Наибольшее значение повторяющегося напряжения Пп0вт.шах является одним из важнейших критериев схемы выпрямления, так как оно определяет необходимое количество последовательно соединенных диодов в выпрямителе. Для рассматриваемой схемы выпрямления Уг,0вт.тах является линейным амплитудным, т. е.

(184)