Мартынов_силаI

41

ния в вентиле и активное падение напряжения в анодной цепи. Поэтому при Ld = ∞ ток непрерывен при любом значений угла α и выражение для среднего значения выпрямленного напряжения имеет вид

где Udα – среднее значение выпрямленного напряжения управляемого выпрямителя при α > 0°;

ua =2U2 sinωt;

U2 – действующее значение вторичного фазного напряжения трансформатора;

kсх – коэффициент преобразования­ схемы, для трехфазного однотактного преобразователя kсх = 1,17.

42

Среднее за период значение тока вентиля

где iа – ток фазы а вторичной обмотки трансформатора на интервале проводящего состояния вентиля VS1 равен току нагрузки: ia = Id.

Действующее значение фазного тока схемной обмотки (вторичной) трансформатора и действующее значение тока вентиля

Напряжение на каждом вентиле равно разности фазных напряжений – фазы, подключенной к аноду того вентиля, на котором определяется напряжение,­ и фазы, подключенной к аноду работающего вентиля. Например, при работе вентиля VS3 напряжение на

вентиле VS1 uв1 = uа – ub, а при работе вентиля VS5 uв1 = uа – uс (cм. рис. 10). Следовательно,­ максимальное значение обратного напря-

жения на вентиле равно амплитуде­ линейного вторичного напряжения трансформатора:

При α = π/2 в соответствии с (40) Ud = 0, что и определяет диа­ пазон изменения угла регулирования выпрямителя при активноиндуктивном характере нагрузки (Ld = ∞): 0≤ α ≤ π/2.

При чисто активной нагрузке (Ld = 0) прерывистый ток получается при углах регулирования α > π/6, а среднее значение выпрямленного напряжения при α > π/6 определяется по формуле

Нетрудно видеть, что в этом случае выходное напряжение будет равно нулю только при α = 5π/6.

43

Напомним, что временные диаграммы рис. 10 характеризуют работу трехфазного неуправляемого выпрямителя­ с нулевым выводом при угле регулирования α = 0.

Режим работы трансформаторов в этой схеме выпрямления, так же как и в других схемах выпрямления, существенно­ отличается от работы их в линейных цепях переменного тока. В основе этого лежит несинусоидальность токов в схемных (вторичных) обмотках и в ряде схем еще и однополупериодность (однотактность) протека­ ния токов по фазам вторичных обмоток. В результате создаются условия, приводящие к образованию постоянных составляющих токов во вторичных обмотках трансформатора [см. рис. 10, кривую то-

ка iв1 = iа = f(ωt)].

Несинусоидальность токов вторичных обмоток обусловливает такженесинусоидальностьтоковвфазахпервичныхобмоток,новтоках этих обмоток отсутствуют постоянные составляющие. Дополнительной особен­ностью, связанной с различной формой первичных и вторичных токов, является различная величина действующих значений этих токов по отношению к среднему значению выпрямленного тока Id и, следовательно, различная величина расчетной мощности обмоток трансформаторов.

Определение первичного тока обмотки трансформатора

В общем случае величина и форма кривой тока в первичной обмотке трансформатора определяется на основании­ уравнений равновесия намагничивающих сил сердечника трансформатора­.

Рассмотрим алгоритм определения первичного тока на примере трехфазного­ однотактного выпрямителя (см. рис. 9) при общепринятых допущениях.

На первом рассматриваемом такте работы схемы при ведении тока вентилем VS1 уравнения равновесия намагничивающих сил в сердечнике трехфазного стержневого трансформатора в соответствии с его конструктивной­ схемой (рис. 11, а) будут иметь следующий вид:

Совместно с уравнениями

iA +iB +iC =0; ia =Id; ib =iñ0=

44

уравнения (45) составляют систему, которая может быть решена относительно­ токов iА, iB, iC. Принимая трансформатор приведенным (w1 = w2), окончательно получим

На последующем такте при работе вентиля VS3 полная система уравнений имеет вид

Решение системы уравнений (47) при условии w1 = w2 имеет вид

Рис. 11. Схема магнитной цепи трехфазного трансформатора

свыводом нулевой точки вторичной обмотки трансформатора (а)

ивременные диаграммы токов и намагничивающей силы одного стержня сердечника магнитопровода трансформатора (б)

45

На третьем такте при работе вентиля VS5 имеем

На основания соотношений (46), (48) и (49) на рис. 11, б построе­ на временная диаграмма первичного фазного тока трансформатора. Действующее значение первичного тока трансформатора для трех­ фазного однотактного выпрямителя при условии w1 = w2

Намагничивание сердечника трансформатора. На рис. 11, б нанесена­ мгновенная намагничивающая сила, действующая в стержне А сердечника­ трансформатора:

которая постоянна по величине во времени и направлению в сердечнике. Такие же значения будут получены для намагничивающих сил фаз В и С:

Величина этих намагничивающих сил значительно больше намагничивающей­ силы трансформатора от тока холостого хода.

В контуре магнитопровода трехстержневого сердечника полученные намагничивающие силы не могут создать магнитный поток. Поэтому каждая­ фаза образует постоянный поток рассеяния, силовые линии которого замыкаются по окружающему пространству,­ через крепежную арматуру и кожух трансформатора. Такой поток­ не является большим, но заметно влияет на возрастание потерь­ от вихревых токов и перемагничивания в конструктивных элементах, так как реально намагничивающие силы FА, FВ и FС являются пульсирующими.

При использовании в схеме трехфазного однотактного выпрямителя (см. рис. 9) трехфазного группового трансформатора­ работа схемы оказывается невозможной, так как каждая из намагничивающих сил будет создавать поток постоянного подмагничивания в сердечниках однофазных трансформаторов. В практических случаях­ применения трехфазного однотактного выпрямителя для устранения подмагничивания сердечника трансформатора следует вторичную обмотку соединять зигзагом­.

46

Заметим, что в трехфазном мостовом выпрямителе, который будет рассмотрен далее, подобного вынужденного намагничивания­ сердечника трансформатора не происходит.

Расчетная мощность трансформатора

На основании соотношений между действующими значениями напряжений и токов в обмотках трансформатора и средними значениями выходных величин Ud, Id определим кажущиеся (расчетные) мощности обмоток Sтр1, Sтр2 и их связь с выходной­ мощностью вы-

прямителя Pd. Значения Sтр1 = m1U1I1 и Sтр2 = m2U2I2 характеризуют одновременно допустимую мощность нагрузки обмоток при ра-

боте трансформатора в сети с синусоидальными токами и напряжениями. Напомним, что отношения этих величин к выходной мощности выпрямителя Pd = Ud maxIdN, определенной при нулевом угле регулирования преобразователя­ (α = 0), называются коэффициентами расчетной мощности обмоток:

kð.ì1 = Sòð1 ;

Pd0

kð.ì2 = SPòð2 .

d0

Для трехфазного однотактного выпрямителя при условии w1 = w2 на основании­ соотношений (48), (50) имеем

kð.ì1 = 32×UdId =1,21; 1,17 3UdId

Определение габаритов сердечника трансформатора принято проводить по среднему коэффициенту расчетной­ мощности трансформатора

Напомним, что коэффициенты расчетной мощности трансформатора являются одними из основных энергетических характеристик выпрямительных схем, определяющих­ массогабаритные показатели преобразователя, и показывают, во сколько раз должна

47

быть увеличена мощность обмоток трансформатора вследствие несинусоидальности их токов в выпрямительной схеме по сравнению с линейной цепью для передачи­ в нагрузку мощности при условии равенства потерь энергии­ в обмотках.

Вопросы для самоконтроля

1.Cформулируйте принцип работы трехфазного однотактного управляемого выпрямителя.

2.Сформулируйте особенность работы трансформатора в этой схеме выпрямления.

3.Укажите, во сколько раз максимальное напряжение на закрытом вентиле больше среднего значения напряжения на нагрузке.

4.Укажите среднее значение тока вентиля в масштабе тока нагрузки.

5.Чему равна частота пульсаций выпрямленного напряжения?

6.Во сколько раз расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора больше мощности нагрузки?

7.Во сколько раз расчетная мощность первичной обмотки трансформатора больше мощности нагрузки?

8.Во сколько раз расчетная мощность трансформатора больше мощности нагрузки?

1.8.Трехфазная мостовая схема выпрямления

Всхеме трехфазного мостового выпрямителя (рис. 12) вентили объединены в две группы – катодную и анодную, при этом аноды

икатоды­ вентилей соответствующих групп соединяются попарно

иподключаются­ к трехфазной вторичной обмотке трансформатора. Следует отметить, что использование вы­прямителя возможно также без сетевого трансформатора Т при прямом подсоединении­ вентильного блока к трехфазной сети. Между общей точкой катодов и общей точкой анодов групп вентилей присоединяется нагрузка. По отношению к внешней цепи общая точка катодов является положительным полюсом, а общая точка анодов – отрицательным. В данной схеме во внекоммутационном интервале­ одновременно работают два вентиля – по одному в катодной и анодной группах. В результате цепь нагрузки в любой момент присоеди­нена к питающим фазам на линейное напряжение.

Предположим, что выпрямитель выполнен на неуправляемых вентилях. В этом случае в каждый момент времени одновременно будут веститокдвавентиля,находящиесяподнаибольшиммгновеннымлиней-

48

Таблица 7

Очередность работы вентилей в трехфазном мостовом выпрямителе

Работа управляемого мостового выпрямителя на однооперационных идеальных вентилях при угле управления α= π/6 характеризуется временными­ диаграммами (рис. 13):

– линейных напряжений вторичной обмотки трансформатора uab, uac, ubc, uba, uca, ucb и выпрямленного напряжения при α= 30°и α= 0°;

–импульсов управления тиристоров силовой схемы iу.в1, …, iу.в6;

–тока вентиля VS1 iв1;

–тока фазы а вторичной обмотки трансформатора iа.

49

На рисунке точки k, …, p, q являются точками естественного открытия вентилей, а точки k′, …, p′, q′ – точками открытия вентилей с заданным значением угла регулирования α.

Утолщенные­ кривые ud и uв1 представляют мгновенные величины выпрямленного напряжения и напряжения на вентиле соответственно.

Импульсы управления имеют сдвоенную форму, что необходимо­ для надежного открытия вентилей во всех установившихся и пе­ реходных режимах работы выпрямителя.

Среднее значение выпрямленного напряжения определяется­ по соотношению

2π+α

Udα = 3π 3 ò uabdωt= 3π2 U2ë cosα=kcõ.ëU2ë cosα. (54)

13π+α

50