Мартынов_силаI

Здесь при расчете по линейным напряжениям коэффициент преобразования схемы kсх.л = 1,35, а при расчете­ по фазным напряжениям kсх.ф = 2,34. Из сопоставления выражений (40) и (54) следует, что для получения одной и той же величины вы­прямленного напряжения Ud величина фазного напряжения U2 в мостовой­ схеме должна быть в 2 раза меньше, чем при трехфазной схеме с выводом нулевой точки трансформатора, мгновенное напряжение на вентиле­ (кривая uв1 на рис. 13) по форме кривой и величине максимального­ значения равно соответствующему напряжению в трехфазной однотактной схеме при условии равенства углов регулирования.

Определим среднее значение тока вентиля и действующее значение фазного тока­ вторичной обмотки трансформатора на основании построенных на рис. 13 кривых iв1 и iа по аналогии с соотношениями (41), (42):

Максимальное значение обратного напряжения вентиля (см. рис. 13)

Коэффициент использования вентиля по напряжению

Расчетная мощность трансформатора

Sòð = Sòð1 +Sòð2 ,

2

где Sтр1 = m1U1фI1ф – расчетная мощность первичной обмотки; Sтр2 = m2U2фI2ф – расчетная мощность вторичной обмотки;

где Pd0 = Ud0IdN – номинальная мощность цепи постоянного тока выпрямителя.

51

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения основной гармоники, частота которой fп1 = 6fc, на всем рабочем диапазоне изменения угла регулирования α может быть определен по формуле

Отметим достоинства и недостатки трехфазной мостовой схемы выпрямления.

Достоинства.

1. Хорошее использование вентилей по напряжению. 2. Хорошее использование трансформатора по мощности, про-

стое конструктивное исполнение трансформатора.

3.Жесткая внешняя характеристика.

4.Шестикратная пульсация выпрямленного напряжения.

Недостатки.

1.Удвоенное падение напряжения на вентилях (2 Uв.пр), что спо-

собствует увеличению потерь мощности, снижению КПД выпрямителя. Особенно сильно это проявляется в низковольтных сильноточных выпрямителях. Однако применение современных вентилей с малым падением напряжения в прямом направлении Uв.пр = 1 В

вопределенной мере позволяет снизить эти потери.

2.Относительно большое действующее значение тока вентиля, что способствует увеличению потерь мощности в вентилях.

Вопросы для самоконтроля

1.Сформулируйте принцип работы трехфазной мостовой схемы выпрямления.

2.Объясните причину необходимости подачи «сдвоенных» импульсов управления на каждый тиристор трехфазной мостовой схемы.

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

52

4.Укажите, во сколько раз расчетная мощность трансформатора больше мощности нагрузки.

5.Чему равна частота пульсаций выпрямленного напряжения?

6.Определите коэффициент пульсации выпрямленного напряжения при α = 0°.

1.9.Двойная трехфазная схема выпрямления

суравнительным реактором

Силовая схема этого выпрямления приведена на рис. 14. В этой схеме две нулевые трехфазные схемы выпрямления с взаимно противоположными фазами работают параллельно. Для обеспечения раздельной работы этих двух схем применяют уравнительный реактор Lу.р, выполненный в виде автотрансформатора.

Нормальная работа схемы наступает при вполне определенном токе нагрузки, называемом критическим, Id кр [3]. При малых токах (Id < Id кр) наличие реактора Lу.р не отражается на работе схемы – она работает как шестифазная однотактная.

На рис. 15 приведены временные диаграммы напряжений и токов двойной трехфазной схемы выпрямления с уравнительным реактором, необходимые для пояснения принципа работы схемы без учета коммутационных процессов, т. е. γ = 0°:

– кривые фазных напряжений вторичных обмоток трансформатора T: ua1, ub1, uc1, ua2, ub2, uc2 и кривая выпрямленного напряжения ud при α = 30° (рис. 15, а);

A B C

T

Lу.р

a1 b1 c1 Ld a2 b2 c2

Рис. 14. Двойная трехфазная схема выпрямления с уравнительным реактором

53

–uк – кривая напряжения на уравнительном реакторе (рис. 15, б);

–iв1 – кривая тока вентиля VS1 и фазы a1 вторичной обмотки трансформатора при допущении, что индуктивность Ld, включенная в цепь нагрузки, достаточно велика и ток id идеально сглажен (рис. 15, в);

–iA – кривая тока фазы А первичной обмотки трансформатора (рис. 15, г).

В нормальном режиме работы схемы (Id > Id кр) в каждый момент времени ток нагрузки разветвляется между двумя параллельно работающими вентилями двух трехфазных групп (например, между

вентилями VS1 и VS2, соединенными с фазами a1 и c2 соответственно, см. рис. 14).

Параллельная работа этих вентилей становится возможной бла-

годаря уравниванию напряжений фаз a1 и c2 с помощью уравнительного реактора.

Суть работы уравнительного реактора заключается в выравнивании мгновенных значений напряжений двух фаз, например a1

иc2, на временном интервале работы вентилей VS1 и VS2. Увеличе-

54

ние тока нагрузки через вентиль VS1 приводит к индуктированию в полуобмотках реактора Lу.р ЭДС, направленных таким образом, что напряжение фазы c2 повышается до такого значения, при котором вентиль VS2 способен открыться при подаче на него импульса управления.

В результате работают одновременно вентили VS1 и VS2. Разделение тока между ними будет равным. Всякое нарушение равенства этих токов будет приводить к появлению ЭДС на полуобмотках уравнительного реактора, которая будет стремиться выровнять эти токи.

Напряжение на уравнительном реакторе меняет знак 6 раз за период частоты сети, т. е. оно имеет трехкратную частоту по отношению к частоте сети (см. рис. 15, б).

Таким образом, в результате работы уравнительного реактора две трехфазные однотактные схемы оказываются включенными относительно нагрузки параллельно.

Каждый из шести вентилей схемы проводит ток в течение 120°, а амплитуда тока вентиля составляет 0,5Id, т. е. равна половине амплитуды тока нагрузки.

Точки пересечения положительных полуволн фазных напряжений соответствующих групп являются точками естественного зажигания (точки k, m, p для фаз a1, b1, c1 и точки l, n, r для фаз a2, b2, c2, см. рис. 15, а).

Напряжение на нагрузке ud равно полусумме напряжений каждой из двух вентильных групп ud1 и ud2:

55

При токе нагрузки Id < Id кр схема работает как шестифазная однотактная (kсх = 1,35):

Udα =1,35U2 cosα.

Таким образом, при работе схемы с токами Id < Id кр происходит увеличение выпрямленного напряжения на величину

1,35-1,17100=1500. 1,17

Это является недостатком схемы. Основные расчетные соотношения:

– среднее значение тока вентиля

– амплитудное значение тока вентиля

– действующее значение тока фазы вторичной обмотки и вентиля

В первичных обмотках, каждая из которых расположена на одном сердечнике с двумя вторичными обмотками (одной четной и одной нечетной), ток проходит в оба полупериода, поэтому

где kтр = U1/U2 = w1/w2 – коэффициент трансформации трансформатора.

В трансформаторе поток вынужденного намагничивания отсутствует, так как на интервалах обоих полупериодов питающего напряжения соблюдается баланс намагничивающих сил первичной и вторичной обмоток.

Поток в сердечнике, вызванный током расположенной на нем вторичной обмотки, всегда замыкается через другой сердечник, у которого расположенная на нем вторичная обмотка обтекается в это время током противоположного направления, так как в этой

56

схеме выпрямления всегда параллельно работают попарно два вентиля, питающихся от четной и нечетной обмоток.

Расчетная мощность трансформатора

Рассчитаем мощность уравнительного реактора Sу.р, представляющего собой по существу автотрансформатор. Так как автотрансформатор содержит только одну обмотку, то его типовая мощность для сравнения с типовой мощностью обычного трансформатора должна быть уменьшена вдвое:

где Uк′ и Iк – расчетные значения напряжения и тока реактора. Расчетные значения для тока, протекающего по обмотке дросселя:

Расчетное значение напряжения Uк′ , отнесенное к частоте 50 Гц, должно быть принято отличным от фактического напряжения Uк, приложенного к реактору, действующее значение которого равно 0,5U2 (при α = 0° и без учета явления коммутации) [1].

В качестве расчетного напряжения Uк′ принимается такое напряжение частоты 50 Гц, при котором в магнитопроводе возникают такие же потери, как в реальных условиях при частоте 150 Гц.

Одновременно при частоте 150 Гц индукция может быть принята в 150/50 = 3 раза меньше:

Потери в магнитопроводе пропорциональны степени 1,6 от индукции и частоте при f = 150 Гц:

Потери при частоте f = 50 Гц

57

Величина расчетного напряжения Uк′ должна учитывать как уменьшение индукции по формуле (68), так и изменение потерь при этом.

При расчетном эквивалентном напряжении Uк′ , соответствующем частоте 50 Гц, потери должны быть, как в реальных условиях при f = 150 Гц:

cB501,6 ×50=cB1501,6 ×150, откуда при f = 150 Гц индукция должна быть равна:

С учетом значения В150 из (68) расчетное напряжение

Таким образом, расчетная мощность уравнительного реактора

Общая расчетная мощность трансформатора и реактора при α= 0°:

При регулировании угла α и учете коммутации расчетная мощность реактора возрастает, так как при этом возрастает напряжение (рис. 16, в–е). При увеличении угла регулирования α уравнительному реактору приходится уравнивать напряжения, разница между которыми возрастает с увеличением угла α. В связи с этим возрастают расчетное напряжение U′к и расчетная мощность реактора. При увеличении угла α до 90° расчетная мощность реактора Sу.р, предназначенного для длительной работы при этом угле, возрастает почти в 4 раза и составляет около 30% мощности нагрузки [8].

Располагая этой зависимостью среднего напряжения на реакторе от угла регулирования, можно определить зависимость величины его расчетной мощности от максимального угла регулирования, при котором будет работать выпрямитель.

На рис. 17 приведена зависимость относительной величины сред-

него значения напряжения на реакторе U* от угла регулирова-

к.ср

58

Рис. 16. Напряжение сети (а) и на уравнительном реакторе при различных углах регулирования: б – при α = 0°,

в – при α = 15°; г – при α = 30°; д – при α = 60°; е – при α = 90°

Рис. 17. Зависимость среднего значения напряжения на обмотке уравнительного реактора от угла регулирования

ния α. Кривая построена в относительных единицах, где за базисную величину принята величина Uк.ср0 – напряжение на реакторе при α = 0°, т. е.

59

Таким образом, график представляет также в относительных единицах зависимость расчетной мощности уравнительного реактора от максимального угла регулирования α.

В качестве базисной величины при этом следует принять вели-

чину Sу.р при α = 0°, т. е. Sу.р.баз = 0,071Pd.

Достоинства и недостатки дважды трехфазной схемы выпрямления.

Достоинства.

1. Хорошее использование вентилей по току:

–среднее значение тока равно 0,167Id;

–действующее значение равно 0,408Id;

–амплитудное значение равно 0,5Id, что способствует снижению потерь мощности в вентильном блоке.

2. Благоприятный характер внешней характеристики.

3. Шестикратная пульсация выпрямленного напряжения.

Недостатки.

1. Использование трансформатора хуже, чем в мостовой схеме:

Sтр = 1,26PdN.

2.Необходим уравнительный реактор, установленная мощность которого увеличивается с увеличением угла регулирования α: при

α= 60° установленная мощность реактора Sу.р = 0,223PdN, а при

α= 90° Sу.р = 0,2556PdN.

3.При малых токах нагрузки (Id < Id кр) имеет место скачок вы-

прямленного напряжения в 1,35/1,17 = 1,154 раза.

Вопросы для самоконтроля

1.Сформулируйте принцип работы двойной трехфазной схемы выпрямления с уравнительным реактором.

2.Какие условия необходимо выполнить для обеспечения нормальной работы этой схемы?

3.Чему равен интервал проводимости тока каждого вентиля этой схемы?

4.Во сколько раз максимальное напряжение на закрытом вентиле больше среднего значения напряжения нагрузки?

5.Укажите значение установленной мощности уравнительного реактора (в масштабе мощности нагрузи) при α = 0°.

6.Чему равна частота пульсации напряжения нагрузки?

7.Чему равно среднее значение тока каждого вентиля в масштабе тока нагрузки?

60