3.6. Сравнение характеристик выпрямителей

Сравнение характеристик различных схем выпрямителей показывает, что наиболее важным показателем является использование преобразовательного трансформатора по мощности – S_Т/P_d. Наилучшей по данному показателю является двенадцатипульсовая схема выпрямления.

Таблица 3.1

Сравнительные характеристики различных схем выпрямителей

Схема выпрямителя (тип выпрямительного агрегата)	П							Установленная мощность вентилей
Трёхпульсовая	3	1,17	0,58	0,47		2,09	1,35	2,09  Рd
Две обратные звезды с уравнительным реактором (ПВЭ-3)	6	1,17	0,29	0,41		2,09	1,26	2,09  Рd
Шестипульсовая мостовая (ПВЭ-5)	6	2,34	0,82			1,045	1,05	2,09  Рd
Двенадцатипульсовая (ТПЕД)	12	4,68				0,522	1,027	2,09  Рd

П – число вентильных плеч выпрямителя.

Следует также отметить, что установленная мощность вентилей получается одинаковой для всех схем выпрямителей, то есть общее число вентилей зависит только от требуемой мощности P_d. Различие по виду схемы заключается только в количестве параллельно и последовательно соединённых вентилей в вентильном плече. Это обстоятельство позволяет использовать выпрямительные агрегаты ПВЭ-5 как в шестипульсовой мостовой схеме, так и в схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором» вместо устаревших агрегатов ПВЭ-3, а ТПЕД – в любой схеме выпрямителя.

3.7. Вентильная часть двенадцатипульсового выпрямителя тпед-3150-3,3к–у1 и особенности схемы главных электрических соединений

С 1983 года выпускается выпрямитель ТПЕД-3150-3,3к–У1 (Тяговый Полупроводниковый с Естественным охлаждением на Диодах, номинальный ток нагрузки I_dн = 3150 А, номинальное напряжение 3,3 кВ, климатическое исполнение для Умеренного климата 1 категории), предназначенный для размещения на открытой части подстанции (вне здания).

В комплект выпрямителя входят шесть шкафов с диодами, в каждом шкафу установлено по 48 диодов. Принципиальная электрическая схема одного шкафа представлена на рис. 3.18.

а )

б)

Рис. 3.18. Схема одного шкафа выпрямителя ТПЕД-3150-3,3 к:

а – принципиальная электрическая схема; б – расположение выводов (вид сверху);

С1, С2 – конденсаторы К75-15 0,1 мкФ х 16 кВ; R1-R6 – резисторы ПЭВ-100 47 Ом

Вентильные плечи выпрямителя собраны из таблеточных диодов ДЛ133-500-14, установленных на охладителях О243-150.

На крыше шкафа размещено шесть проходных изоляторов, через которые система шин соединяет вентильные плечи с трансформатором и сборными шинами подстанции.

С хема главных электрических соединений выпрямительного агрегата ТПЕД для двенадцатипульсовой схемы выпрямителя представлена на рис. 3.19.

Рис. 3.19. Схема главных электрических соединений выпрямительного агрегата ТПЕД для двенадцатипульсовой схемы выпрямителя

Аналогичные схемы главных электрических соединений можно выполнить для шестипульсовой мостовой схемы и для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором» (Приложение 1).

В качестве тягового (преобразовательного) трансформатора для двенадцатипульсовой схемы выпрямителя применяется ТРДП-12500/10ЖУ1. Общая масса трансформатора составляет 24 200 кг, масса масла – 5800 кг.

В настоящее время производственным объединением НИИЭФА-ЭНЕРГО выпускаются модернизированные двенадцатипульсовые выпрямительные агрегаты для систем тягового электроснабжения железных дорог, метрополитенов и городского электрифицированного транспорта. Выпрямители выполнены в варианте для внутренней установки в помещении тяговой подстанции на базе электротехнических шкафов, несущий каркас которых используется в качестве внутреннего контура заземления.

Внешний вид выпрямительного агрегата В-МПЕД-3,15к-3,3к производства НИИЭФА-ЭНЕРГО представлен на рис. 3.20.

а)	б)

Рис. 3.20. Внешний вид выпрямительного агрегата В-МПЕД-3,15к-3,3к для внутренней установки производства НИИЭФА-ЭНЕРГО: а – общий вид; б – вид на монтаж диодов

Характеристики выпрямительных агрегатов производства НИИЭФА-ЭНЕРГО для магистральных железных дорог и метрополитена представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2.

Характеристики выпрямительных агрегатов В-МПЕД-3,15к-3,3к для магистральных железных дорог и В-МПЕД-1,6к-825 для метрополитена

Параметр	Тип выпрямителя
	В-МПЕД-3,15к-3,3к		В-МПЕД-1,6к-825
Номинальное входное линейное напряжение, Y/, В	1305 / 1305		658 / 658
Номинальная частота питающей сети, Гц	50
Номинальное выпрямленное напряжение, В	3300		825
Номинальный выпрямленный ток, А	3150		1600
Перегрузки по току: -в течение 15 мин один раз в 2 часа; -в течение 2 мин один раз в час; -в течение 10 с один раз в 2 мин	 1,25 Iном  1,5 Iном  2 Iном
Ток термической стойкости с полным временем отключения защитой не более 0,25 с, кА	 25	 12,5
Номинальный ток электродинамической стойкости силовых цепей , кА	40	20
Амплитуда перенапряжений на шинах постоянного тока, кВ	 9	 1,6
Номинальное напряжение питания собственных нужд переменного тока 50 Гц, В	220
Мощность питания собственных нужд, Вт	 200	 200
Суммарная мощность тепловых потерь, кВт	 16	 8
Коэффициент полезного действия	 99,6%	 99,3%
Габаритные размеры: длина х глубина х высота	1455х1520х2800 мм	1010х1460х2400 мм
Масса, кг	1750	520
Установленный срок службы	25 лет

Контрольные вопросы

1. Перечислите схемы трёхфазных выпрямителей. Какие типы преобразовательных агрегатов используются в той или иной схеме?

2. Приведите расчётные формулы для определения напряжения U_d, тока вентильного плеча I_d, токов обмоток I₁ и I₂, напряжения на закрытом вентильном плече U_b.max и соотношения мощностей S_Т/P_d для трёхпульсового выпрямителя.

3. Какую часть периода синусоиды открыт вентиль в схеме трёхпульсового выпрямителя? Поясните на примере графика временных диаграмм.

4. Из-за чего происходит подмагничивание сердечника трансформатора в трёхпульсовой схеме выпрямителя?

5. Приведите расчётные формулы для определения напряжения U_d, тока вентильного плеча I_d, токов обмоток I₁ и I₂, напряжения на закрытом вентильном плече U_b.max и соотношения мощностей S_Т/P_d для выпрямителя «две обратные звезды с уравнительным реактором».

6. Какую часть периода синусоиды открыт вентиль в схеме выпрямителя «две обратные звезды с уравнительным реактором»? Поясните на примере графика временных диаграмм для режимов условного холостого хода и режима параллельной работы.

7. Для чего в схеме выпрямителя «две обратные звезды с уравнительным реактором» применяется уравнительный реактор?

8. Чем достигается отсутствие подмагничивания сердечника трансформатора в схеме выпрямителя «две обратные звезды с уравнительным реактором»?

9. Приведите расчётные формулы для определения напряжения U_d, тока вентильного плеча I_d, токов обмоток I₁ и I₂, напряжения на закрытом вентильном плече U_b.max и соотношения мощностей S_Т/P_d для шестипульсового мостового выпрямителя.

10. Какую часть периода синусоиды открыт вентиль в схеме шестипульсового мостового выпрямителя? Поясните на примере графика временных диаграмм.

11. Нарисуйте схему шестипульсового мостового выпрямителя. Укажите путь прохождения тока через вентили при мгновенных значениях напряжения на вторичных обмотках трансформатора +u_a, -u_c; (+u_b, -u_c; +u_c, -u_a).

12. Для чего применяется включение вторичных обмоток «в треугольник» в схеме шестипульсового мостового выпрямителя?

13. В чём состоит преимущество трёхфазной мостовой схемы выпрямления перед схемами с общим проводом – трёхпульсовой и «две обратные звезды с уравнительным реактором»?

14. Приведите расчётные формулы для определения напряжения U_d, тока вентильного плеча I_d, токов обмоток I₁ и I₂, напряжения на закрытом вентильном плече U_b.max и соотношения мощностей S_Т/P_d для двенадцатипульсового выпрямителя.

15. В чём состоит преимущество двенадцатипульсовой схемы выпрямления перед остальными схемами выпрямителей?

16. Нарисуйте схему двенадцатипульсового мостового выпрямителя. Укажите путь прохождения тока через вентили при мгновенных значениях напряжения на вторичных обмотках трансформатора +u_a, -u_c, +x, -z; (+u_b, -u_c +y, -z; +u_c, -u_a+z, -x).

17. Докажите, что установленная мощность вентилей не зависит от схемы выпрямителя.

18. Как достигается универсальность применения выпрямительного агрегата ТПЕД в различных схемах выпрямления?

19. Расшифруйте обозначение выпрямительного агрегата ТПЕД-3150-3,3 кВ.