1.8 Трехфазная мостовая схема выпрямления

В схеме трехфазного мостового выпрямителя (рисунок 12) вентили объединены в две группы: катодную и анодную, при этом аноды и като­ды вентилей соответствующих групп соединяются попарно и подключают­ся 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 вести ток два вентиля, находящиеся под наибольшим мгновенным линейным напряже­нием. В таблице 2 приведена очередность работы вентилей с учетом подачи напряжения на вентильный блок (смотри рисунок 11). Как видно из

таблицы 2 естественное переключение вентилей происходят через интерва­лы, равные π/3, составляющие продолжительности такта θ, а каждый вентиль ведет ток в течение двух тактов 2θ=2π/3, коммутации нечетных и четных вентилей сдвинуты относительно друг - друга на один такт и чередуются на периоде напряжения питающей сети. Схема рассматривае­мого выпрямителя является трехфазной двухтактной с шестикратной час­тотой пульсаций выходного напряжения.

На рисунке 13 приведены кривые:

-кривые линейных напряжений вторичной обмотки трансформатора u_ab, u_ac, u_bc, u_ba, u_ca, u_cb, и кривая выпрямленного напряжения при α=30⁰ и α=0⁰;

-импульсы управления тиристоров силовой схемы i_уv1, i_уv2, i_уv3, i_уv4 , i_уv5 и i_уv6;

-ток вентиля VS1, i_v1;

-ток вторичной обмотки трансформатора, i_a.

Очередность работы вентилей в трехфазном мостовом выпрямителе

Таблица 7

Наибольшее линейное напряжение	Uав	Uас	Uвс	Uва	Uса	Uсв	Uав
Вентили катодной группы	VS1	VS1	VS3	VS3	VS5	VS5	VS1
Вентили анодной группы	VS6	VS2	VS2	VS4	VS4	VS6	VS6
Длительность интервала ведения тока	π/3	π/3	π/3	π/3	π/3	π/3	π/3

Рисунок 12. Трехфазный управляемый мостовой выпрямитель

Работа управляемого мостового выпрямителя на однооперационных идеальных вентилях при угле управления α=π/6 характеризуется вре­менными диаграммам, приведенными на рисунке 13.

Здесь точки k, …, p, q являются точками естественного открытия вентилей; точки k’, …, p’, q’ определяют моменты открытия вентилей с заданным значением угла регулирования α;

-утолщен­ные кривые u_d и u_v1 представляют мгновенные величины выпрямленного напряжения и напряжения на вентиле соответственно;

i_уv1,…,i_уv6 - импульсы управления вентилями сдвоенной формы, что необ­ходимо для надежного открытия вентилей во всех установившихся и пе­реходных режимах.

i_v1- ток вентиля VS1;

i_а- ток фазы а вторичной обмотки трансформатора.

Среднее значение выпрямленного напряжения опреде­ляется по соотношению

(54)

Здесь при расчете по линейным напряжениям коэффициент преобразования схемы k_сх.л=1,35, а при расче­те по фазным напряжениям k_сх.ф=2,34. Из сопоставления выражений (40) и (54) следует, что для получения одной и той же величины вы­прямленного напряжения U_d 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 u_v1 на рисунке 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 рисунке 13 кривых i_v1, i_а и по аналогии с соотношениями (41), (42)

(55)

Максимальное значение обратного напряжения вентиля (смотри рисунок 13) (56) Коэффициент использования вентиля по напряжению

Расчетная мощность трансформатора

где S_Т1=m₁U_1фI_1ф- расчетная мощность первичной обмотки

S_Т2=m₂U_2фI_2ф - расчетная мощность вторичной обмотки

(57)

где P_d0=U_d0 I_dN - номинальная мощность цепи постоянного тока выпрямителя.

Частота пульсаций выпрямленного напряжения

где

k_т -коэффициент тактности выпрямителя;

m₂- число фаз вторичной обмотки

Для трехфазного мостового выпрямителя

(58)

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения основной гармоники, частота которой f_п1=6f_c, на всем рабочем диапазоне изменения угла регулирования α может быть определён по формуле (59):

(59)

Рисунок 13. Временные диаграммы, поясняющие работу трехфазного мостового управляемого выпрямителя

Отметим достоинства и недостатки трехфазной мостовой схемы выпрямления.

Достоинства:

1. Хорошее использование вентилей по напряжению.

2. Хорошее использование трансформатора по мощности, простое конструктивное исполнение трансформатора.

3. Благоприятный характер внешней характеристики.

4. Шестикратная пульсация выпрямленного напряжения.

Недостатки:

1. Удвоенное падение напряжения на вентилях (2ΔU_в.пр.), что способствует увеличению потерь мощности, снижению К.П.Д. выпрямителя. Особенно сильно это проявляется в низковольтных сильноточных выпрямителях. Однако применение современных вентилей с малым падением напряжения в прямом направлении ΔU_в.пр=1В в определённой мере позволяет снизить эти потери.

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

Вопросы для самоконтроля:

1Сформулируйте 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.

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.