книги / Тяговые подстанции городского электрического транспорта

Г л а в а X X I I

СХЕМЫ ПИТАНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

§ 100. Общие сведения

Схемы питания выпрямителей разделяются на две группы: схемы питания с нулевым выводом трансформатора и так назы­ ваемые мостовые схемы.

К схемам питания с нулевыми выводами относятся такие,, в которых внешние концы вторичных фазовых обмоток транс­ форматора присоединяются к анодам выпрямителя, а внутрен­ ние концы обмоток соединяются вместе и служат отрицатель­ ным полюсом выпрямительной установки. Положительный полюс выпрямителя — катоды вентилей.

К схемам с нулевым выводом относятся: двухфазная, трех­

на 180°) звездами, соединенными через уравнительный реактор, и шестифазная схема с соединением обмоток в двойной зигзаг.

Мостовые схемы могут быть одно- и трехфазными.

При расчете электрических параметров схемы питания обыч­ но бывают известны следующие данные преобразовательного агрегата:

Udном — номинальное напряжение, в;

/й„ом — номинальный выпрямленный ток, а\ U\ — напряжение первичной сети, кв\

UK— напряжение короткого замыкания трансформа­ тора, %;

UB— падение напряжения в вентильном плече выпря­ мителя, в;

/п — число фаз трансформатора.

Pi — мощность первичных обмоток трансформатора,

квт\

Рт — типовая (расчетная) мощность трансформатора,

квт\

Uобр.макс — максимальное обратное напряжение на вентиль­ ном плече, в\

у —угол перекрытия, эл. град.

Часть из перечисленных параметров может быть определена в общем виде, остальные находятся для каждой конкретной схемы.

Приводимые ниже расчетные формулы выведены с некото­ рым упрощением. Например, коэффициент мощности трансфор­ матора принят равным единице, в ряде случаев не учитывается угол перекрытия у и т. п., однако для практических расчетов результаты получаются с достаточной степенью точности.

Определим общие соотношения между основными парамет­ рами применительно к схемам с нулевым выводом.

С о о т н о ше н и е м е жд у в ы п р я м л е н н ы м н а п р я - ж е н и е м х о л о с т о г о хода и н а п р я ж е н и е м в т о ­ р и ч н о й о б мо т к и

числа фаз напряжение вторичной обмотки уменьшается.

Т а б л и ц а 100-1

Общие соотношения между отдельными параметрами выпрямительного агрегата с нулевыми схемами питания

Амплитудное значение анодного тока может быть определена по аналогии с выражением (100—1)

sin-

При заданном значении выпрямленного тока 1а с увеличе­ нием числа фаз амплитудное значение тока вентильного плеча

форматора определяется через выпрямленный ток на основе уравнения потерь энергии в цепи вентильного плеча.

Если период 2я принять в качестве промежутка времени и не учитывать потери в выпрямителе и в трансформаторе, то в цепи каждой фазы за один период при внешнем сопротивлении R теряется энергия

А = 2TJ $ R .

Если принять, что ток вентиля и ток вторичной обмотки име­ ют форму прямоугольника с высотой U, то та же энергия, выраженная через выпрямленный ток, будет

A = ^ l l R .

Таким образом,

2r j \ R = ^ . l l R ,

откуда

<,о ° - 4 >

На основании выражений (100—2) и (100—4) получаем со­ отношение между средним током /а и эффективным током 1>’~

О б р а т н о е н а п р я ж е н и е на вентильном плече выпрями­ теля обычно характеризуется отношением U0бр.Макс l^do- Кривая

напряжения первого вентильного плеча по отношению к катоду, т. е. по отношению к другим работающим вентильным плечам (без учета падения напряжения в вентилях), изображена на рис. 100-1.

Для двухфазной схемы ( т = 2) обратное максимальное на­ пряжение (рис. 100-1, а)

Ц>бр.макс = y T £ /2sin90° - Ÿ 2 U2sin (-90°) = 21^ 2 U 2,

a на основании выражения (100—1) при т = 2

В шестифазном режиме (рис. 100—1, в) обратное напряже­ ние аналогично двухфазному режиму

f/обр.макс — 21/2'U2,

Токи в первичных обмотках трансформатора удобнее всего определять в каждой конкретной схеме соединения. Здесь же рассмотрим лишь явления, связанные с отсутствием компенса­ ции магнитодвижущих сил (м. д. с.) в сердечниках многофаз­ ных трансформаторов и вызываемые токами в первичных и вто­ ричных обмотках.

При соединении обмоток трансформатора по схеме звезда — звезда некомпенсированные м. д. с. создаются в каждые 7з пе­ риода на всех стержнях трансформатора в одном направлении с пульсацией тока в цепи вентилей. Постоянные составляющие однонаправленного потока вызывают дополнительное насыще­ ние сердечников, что приводит к увеличению тока холостого хода трансформатора. Кроме того, пульсирующий поток рассея­ ния наводит во вторичных обмотках э. д. с. самоиндукции.

При соединении трансформатора по схеме треугольник — звезда поток вынужденного намагничивания значительно сни­ жается, так как ток в каждой катушке первичной обмотки может меняться независимо от токов в катушках других фаз. В этом случае изменение тока в фазе вторичной обмотки вызывает про­ порциональное увеличение тока в первичной катушке той же фазы. Таким образом, м. д. с., создаваемая током вторичной об­ мотки, компенсируется током первичной обмотки.

Некоторое неравенство между первичными и вторичными

м.д. с. происходит лишь за счет увеличенного индуктивного па­ дения напряжения в первичной обмотке работающей фазы. Поэтому в треугольнике первичных обмоток возникает неболь­ шой уравнительный ток, который снижает м. д. с. в работающей фазе и создает м. д. с. в других двух фазах. Эта уравнительная

м.д. с. и вызывает в каждом из стержней сердечника небольшой поток вынужденного намагничивания.

В схемах звезда — шестифазная звезда некомпенсированные м. д. с. пульсируют и, кроме того, меняют свое направление че­ рез каждые Ve периода, образуя так называемый однофазный поток вынужденного намагничивания тройной частоты, что дела­ ет эту схему цитания выпрямителя практически неприемлемой.

Для устранения вредного действия -пульсаций некомпенсиро­ ванных м. д. с. в схеме со вторичной обмоткой, соединенной

Результирующая э. д. с., согласно рис. 100-2, а, будет -1^ -2, a переменный ток в замкнутой цепи двух фаз

На основании выражений (100—11) и (1(Ю—12) можно полу­ чить следующую простую зависимость для мостовой и нулевой схем:

COS "f ~ 1 и к.т k H. ( 1 0 0 - 1 3 )

Угол перекрытия искажает форму тока в цепи фаз и форму выпрямленного тока.

Если ранее при определении эффективного тока во вторич­ ной обмотке исходили из формы тока, обозначенной буквами ghken (рис. 100-2,6), то в действительности ток будет иметь фор­ му gkep. Однако поскольку площадки ghk и пер приблизитель­ но равны, то ранее выведенное соотношение (100-4) между эф­ фективным током вторичной обмотки /2 и выпрямленным то­ ком Id для практических целей можно считать справедливым.

Что касается выпрямленного напряжения, то при угле пере­

где

§ICI. Схема две обратные звезды

суравнительным реактором

Принцип работы. Вторичные обмотки трансформатора в этой схеме представляют две трехфазные звезды, повернутые на 180 эл. град. Нулевые выводы этих звезд соединены через урав­ нительный реактор, средняя точка которого является отрицатель­ ным полюсом выпрямленного тока (рис. 101-1,CL) .

Уравнительный реактор состоит из двух одинаковых кату­ шек, размещенных на стальном сердечнике и намотанных в од­ ном направлении. Выпрямленный ток от среднего вывода проте­ кает по обеим катушкам реактора. Разность этих токов обеспе­ чивает магнитный поток в сердечнике реактора, который в ка­ тушках реактора будет наводить э. д. с. При этом если э. д. с. левой катушки уменьшает напряжение на вентильном плече четной звезды, то э. д. с. в правой катушке повышает напряже­ ние вентильных плеч нечетной звезды, и наоборот.

Например, в первую шестую часть периода напряжение пле­ ча вентилей ах снижается на величину е, а напряжение плеча вентилей Ь6 и с2 повышается на ту же величину е. В следую­ щую шестую-часть периода, наоборот, напряжение четного пле­

ча вентилей с2 сни>кается, а напряжение нечетных ах и Ь3 повы­

вентилей, при этом каждое пле­ чо работает в течение 2я/3, т. е. вентили выпрямителя работа зот в трехфазном режиме.

Так как в этой схеме одно временно работают два плеча вентилей разных фаз, то сер­ дечник трансформатора не име- ♦ет некомпенсированных маг­ нитных потоков.

Диаграмма токов в первич^ ных обмотках является как бы

Трехфазный режим работы вентильных плеч выпрямителя в схеме обеспечивается дейст­ вием уравнительного реактора. Однако уравнительный реактор работает описанным выше об­ разом лишь до тех пор, пока выпрямленный ток выше неко­ торого критического значе­ ния Ido (см. рис. 101-1,г). Если выпрямленный ток ниже этого

значения, то намагничивающий ток реактора падает, э. д. с. в ка­ тушках снижается и уравнительный реактор не работает. Схема в этом случае превращается в шестифазную звезду.

Внешняя характеристика разбираемой схемы имеет как' бы два напряжения холостого хода. При выпрямленном токе от О до /do режим работы выпрямителя шестифазный и U'd0= 1,35[/2,

тивления, подключаемого к выпрямителю или на шины, нагрузка выпрямителя искусственно увеличивается до критического зна­ чения /do, которое со-

Вследствие того что магнитная индукция стали сердечников утроителя искусственно завышена, величина третьей гармоники составляет около 70% от основной. Эти третьи гармоники .вр всех трех катушках утроителя совпадают по фазе, поэтому, сум-