Эта схема получила широкое применение для выпрямления как малых, такибольшихмощностей. Еёосновнойнедостаток— шесть диодов вместо трёх.
5.4. Условно-многофазные вентильные схемы выпрямления
Условно-многофазные схемы применяются, когда необходимо уменьшитьвысшиегармоникитокапитающейсетиивыпрямительного напряжения, а также при необходимости создания выпрямительных агрегатов на большие установленные мощности.
Ксобственномногофазнымотносятсясхемы, укоторыходнатрехфазная сетевая обмотка и все вентильные обмотки (соединенные в сложныйзигзаг) трансформаторарасположенынаобщеймагнитной системе. Условно-многофазныесхемыполучаютпоследовательным илипараллельнымвключениемусловно-шестифазныхвыпрямителей. Первичные или вторичные обмотки питающих трансформаторов каждогоизвыпрямителейсоединяютсяпоразнымсхемам. Врезультатеувеличиваетсячастотапульсацийвыпрямительногонапряжения. Прианализеусловно-многофазныхсхемнеобходимоучитывать, что процессывкаждойизсоставляющихкомбинированнуюсхемупротекаютнезависимо, иэтопозволяетиспользоватьсоотношения, полу- ченныедляусловно-шестифазныхсхем.
Напрактикеширокоприменяют двенадцатипульсовыесхемывыпрямления, образуемыесоединениемдвухтрехфазныхмостовыхвыпрямителей. Трансформаторыкаждогомостовоговыпрямителявыполня- ютсясразличнымигруппамисоединения(звезда-звездаитреугольник- звезда). Притакомсоединениифазныенапряжениявторичныхобмоток трансформаторовсдвинутыотносительнодругдругана30°.
При последовательном соединении трехфазных мостовых выпря-
мителей(рис. 5.12) выпрямительныенапряженияотдельныхмостов и токи первичных обмоток трансформаторов суммируются.
Сложение двух равных выпрямленных напряжений, имеющих шестикратную пульсацию и смещенных на 30°, дает в результате кривую напряжения с периодичностью пульсаций в 1/12 часть периода, чтосоответствуетдвенадцатипульсовойсхемевыпрямления,
Ud = 2Ud1 = 2Ud11 |
5.12 |
При коэффициенте трансформации трансформатора Т1 (звездазвезда), равном единице (по линейным напряжениям), коэффици-
109
Рис. 5.12. Двенадцатипульсовая схема выпрямления с последовательным |
|
соединением трёхфазных мостовых выпрямителей |
|
ент трансформации трансформатора Т2 (треугольник-звезда) по |
|
фазнымнапряжениямравен |
3 (коэффициентытрансформациипо |
линейным напряжениям у обоих трансформаторов одинаковы). |
|
Амплитудное значение первичного фазного токов трансформато- |
|
ров Т1 (рис. 5.11, н) равно Id, а Т2 — Id / 3 . Линейный ток транс- |
|
форматора Т2 равен разности фазных токов. |
|
Результирующий ток, потребляемый всей схемой выпрямления |
|
из сети, по форме приближается к синусоидальному. |
|
Припараллельномсоединениитрехфазныхмостовыхвыпрямителей |
|
(рис. 5.13) этиустановкивключаютсячерездвухфазныйуравнительный |
|
реакторLур, таккакамплитудымгновенныхзначенийвыпрямленного |
|
напряжениякаждогоизмостовыхвыпрямителейсдвинутывовремени. |
|
Мгновенноезначениевыпрямленногонапряжениявсехсхемравнопо- |
|
лусуммемгновенныхзначенийвыпрямленныхнапряженийкаждогоиз |
|
мостов, среднеезначение— среднемузначениювыпрямленногонапря- |
|
женияотдельныхмостовыхвыпрямителей, числопульсацийравнодве- |
|
надцати(запериоднапряженияпитающейсети). |
|
Очередность вступления в работу вентилей в каждой установке |
|
такая же, как в трехфазном мостовом выпрямителе. В любой про- |
|
межутоквремениизкатоднойгруппыпроводиттоквентиль, наанод |
|
которогоподаетсянаибольшееположительноефазноенапряжение, |
|
аизаноднойгруппы— вентиль, ккатодукоторогоподводитсянаи- |
|
большее отрицательное фазное напряжение. |
|
|
110 |
Рис. 5.13. Двенадцатипульсовая схема выпрямления с параллельным |
соединением трёхфазных мостовых выпрямителей |
Двухфазныйуравнительныйреакторпринимаетнасебяразность |
переменных составляющих выпрямительного напряжения обоих |
трехфазных мостовых выпрямителей. Напряжение уравнительного |
реактора имеет частоту, в шесть раз большую частоты питающей |
сети, амплитудноезначениенапряженияравноразностимаксималь- |
ногоиминимальногозначенийвыпрямительногонапряжениякаж- |
дого из выпрямителей. |
Напряжениедвухфазногоуравнительногореакторасодержитгар- |
моникиспорядковыминомерами6, 18, 30 ит. д. Такиежегармоники |
имеет и намагничивающий ток реактора. Минуя цепь нагрузки, он |
циркулирует между параллельно включенными выпрямителями. |
Сетевой ток в условно-двенадцатифазной схеме выпрямления |
формируетсяизфазноготока, потребляемогопервичнойобмоткой, |
соединенной в звезду, и линейного тока, потребляемого первичной |
обмоткой, соединенной втреугольник. Основнаяособенностьсете- |
вого тока описываемого выпрямителя по сравнению с сетевым то- |
ком в условно-шестифазных выпрямителях — отсутствие в нем пя- |
той и седьмой гармоник. Формы кривых выпрямительного напря- |
жения и сетевого тока полностью соответствуют форме кривых |
двенадцатифазной схемы выпрямления лишь в том случае, когда |
трехфазныемостовыевыпрямители, входящиевсхему, делятнагруз- |
купоровну. Принеравенственагрузоккривыерезультирующихна- |
пряжения и тока искажаются, приближаясь в пределе (когда один |
111 |
из трехфазных мостовых выпрямителей полностью разгружен) к кривым условно-шестифазного выпрямителя.
Анализ условно-двенадцатифазных схем выпрямления показывает, что ток вторичной обмотки трансформатора, помимо постоянной составляющей, содержит все гармоники, кроме кратных третьей; первичные токи трансформаторов содержат гармоники с порядковыми номерами 12n ± 1 (n = 0,1, 2, 3…).Типовые мощности обоих трансформаторов равны между собой. Мощность, потребляемая из питающей сети,
Sс = 3U1ф Iс =1,012Pd . |
(5.13) |
Суммарнаямощностьобоихтрансформаторовоказываетсябольше мощности, потребляемой выпрямителем из сети, что объясняется наличием мощности искажения, обусловленной высшими гармоникамиициркулирующеймеждупервичнымиобмоткамитрансформаторов.
Сочетаниефазосдвигающеготрансформаторасусловно-двенадца- тифазнымисхемамивыпрямленияпозволяетполучатьвыпрямителис еще большей частотой пульсации выпрямленного напряжения.
5.5. Управляемые выпрямители
Управляемые выпрямители находят всё большее применение на железнодорожном транспорте и в других отраслях промышленности. Основойуправляемоговыпрямителяявляютсятиристоры, трансформатор исистема управления тиристорами. Схемы управляемых выпрямителейповторяютсхемыобычныхвыпрямителей, ноосновноеихпреимущество— возможностьплавногорегулированиявыпрямленного напряжения в широких пределах.
Рассмотрим работу управляемого выпрямителя, собранного по однофазной схеме с нулевой точкой (рис. 5.14, а). При подаче напряжения на первичную обмотку трансформатора во вторичной обмотке будет возникать синусоидальное напряжение, которое в первый полупериод прикладывается к тиристору V1, а второй — к тиристору V2, но так как тиристоры выключены, ток в нагрузке будет равен нулю. Если на анод тиристора V1 подать положительный потенциал первого полупериода, а на управляющий электрод отпирающий импульс, то тиристор V1 открывается и через него на нагрузку потечёт ток. При этом тиристор V2 закрыт, так как к нему
112
Рис. 5.14. Схема (а) и временные диаграммы (б) управляемого выпрямителя |
приложено обратное напряжение. При изменении направления тока |
напротивоположноетиристорV1 закрываетсяобратнымнапряжени- |
ем, а тиристор V2 при подаче на его управляющий электрод им- |
пульса открывается. Тогда через тиристор V2 и нагрузку Rd поте- |
чёт ток. Для изменения выпрямленного напряжения необходимо |
изменять угол регулирования α, т.е. сдвигать по фазе управляю- |
щие импульсы Uу относительно напряжения на анодах тиристо- |
ров. Угол регулирования α необходимо изменять от 180° до нуля. |
При максимальном угле открытия на выходе будет минимальное |
значение выпрямленного напряжения и, наоборот, при минималь- |
номугле регулирования навыходе управляемого выпрямителя бу- |
дет максимальное значение напряжения. На рис. 5.14, б диаграм- |
мы напряжения и тока. |
113 |