Тема 9. Схемы выпрямления и способы уменьшения пульсаций и гармоник

9.1. Схемы выпрямления

Для мощных управляемых выпрямителей обычно применяют простую трехфазную мостовую схему, которая дает пульсации до 6% выпрямленного напряжения, а потребляемый ток отличается от синусоидального и содержит гармоники, не кратные трем. Эти гармоники уменьшают к.п.д. системы.

Известная трехфазная схема выпрямления или схема Ларионова дает пульсации примерно в 6% от амплитуды среднего выпрямленного напряжения. Применение в схеме управляемых вентилей (мощных тиристоров) вместо неуправляемых вентилей (мощных диодов) позволяет управлять величиной выпрямленного напряжения.

Существуют схемы, которые приводят к снижению реактивной мощности Q при уменьшении напряжения, значительно лучше, чем в трехфазной мостовой схеме управления. Например, схема с согласно- встречным включением двух трехфазных мостовых управляемых выпрямителей (рис.9.1). Но она требует двух электрически не связанных источников питания, имеет сложную схему управления и для ГЭУ не применяется.

Рис.9.1. Схема выпрямления на управляемых вентилях с СИФУ:

- СИФУ – система импульсно-фазового управления.

Также существует схема с нулевым управляемым вентилем, которая также улучшает энергетические показатели при снижении питающего напряжения, приведенная на рисунке 9.2.

Рис.9.2. Схема выпрямления с нулевым управляемым вентилем

Нулевой вентиль VSO открывается, когда происходит уменьшение мгновенного значения выпрямленного напряжения из-за влияния пульсаций и тогда появляется э.д.с. самоиндукции, которая обусловлена индуктивностью якоря и дросселя и имеет тот же знак, что и питающее напряжение. В момент открытия вентиля VSO он шунтирует основной выпрямитель, и ток проходит через ГЭД и нулевой вентиль. При этом накопленная в якоре и дросселе реактивная энергия расходуется в нагрузке, т.е. в ГЭД, а не возвращается в сеть.

9.2. Способы уменьшения высших гармоник тока

Источником высших гармоник тока служит управляемый выпрямитель. Эти гармоники вредно влияют на синхронные генераторы и всю сеть, требуют работу тепловых двигателей с перегрузкой, что не допускается. Кроме того из-за гармоник искажается напряжение первой гармоники, что снижает момент вращения асинхронных двигателей почти на 10%. Для снижения амплитуды высших гармоник можно применять дроссели (включаемые последовательно) и конденсаторы (включаемые параллельно), а также фильтры, настроенные на 5-ю, 7-ю и 11-ю гармоники, у которых наибольшие амплитуды.

Из-за того, что конденсаторы совместно с индуктивностью обмоток могут создавать резонансный контур, их обычно не применяют. Поэтому наиболее часто применяют дроссели. Один из вариантов схемы вентильной ГЭУ имеет вид, показанный на рисунке 9.3.

Рис.9.3. Схема с дросселем

В схеме дроссель Др1 включенный в каждую фазу на стороне переменного тока, просто и достаточно сильно подавляет гармоники, но снижает напряжение на выпрямителе. Такие дроссели состоят из нескольких параллельных проводников небольшого сечения изолированных друг от друга.

В 12-фазных схемах выпрямления снижались как пульсации, так и амплитуды гармоники. Для этого применялись трансформаторы с двумя вторичными обмотками на каждую фазу, в которых вектор напряжения каждой фазы был сдвинут на 30 эл. градусов. Однако такие трансформаторы имели значительные габариты и массу.

Применение автотрансформаторов позволяет снизить массу. Схема двухякорного ГЭД с автотрансформаторами имеет вид, показанный на рисунке 9.4.

Рис.9.4. Схема двухякорного ГЭД с автотрансформаторами (АТ)

В схеме у одного АТ (автотрансформатора) линейное напряжение опережает напряжение сети на , а у другого АТ отстает на . В результате подавляются 5-ая и 7-ая гармоники, как и в 12 - фазной схеме выпрямления.

Дроссели Др2 (Др2.1 и Др2.2) в схемах выпрямления служат для снижения пульсаций выпрямленного тока и уменьшают их влияние на коммутацию ГЭД. Это ненасыщенные дроссели с сердечником.