Контрольні запитання

1. Що таке електромагнітна сумісність вторинних джерел живлення?

2. В чому полягає негативний вплив трифазних випрямлячів на мережу живлення?

3. Вказати існуючі методи покращення електромагнітної сумісності трифазних випрямлячів з мережею живлення.

Короткі теоретичні відомості

Комбіновані або багатомостові випрямлячі можуть виконуватись як за послідовною, так і паралельною схемами. В лабораторній роботі досліджується послідовний двомостовий випрямляч, схема якого зображена на рис. 2.11.

В загальному випадку кількість простих випрямлячів, що утворюють комбіно­вану схему, може не обмежуватись.

Необхідність послідовного чи паралельного з'єднання кількох випрямляючих схем обумовлена рядом причин. Як головні можна вказати:

1. Можливість отримання значного числа пульсацій в кривій випрямленої напруги, що поліпшує якість цієї напруги.

2. Необхідність зменшення числа вищих гармонік в кривій струму, споживаного схемою з мережі живлення.

3. Необхідність створення випрямляючих агрегатів для живлення споживачів великої та надвеликої потужності.

Принцип дії комбінованих, або складених, схем поясняється на прикладі некерованих випрям­лячів в режимі роботи з ідеально згладженим струмом. Отримані висновки справед­ливі і для керованих випрямлячів. Розглядаючи роботу складених схем слід враховувати, що процеси в кожному з випрямлячів, з яких компонується комбінована схема, протікають незалежно і тому можливе використання усіх формул та співвідношень, справедливих для окремих найпростіших випрямлячів.

Послідовна схема використовується у випадках, коли потрібно підвищити на­пругу на навантажені одночасно з покращенням якості цієї напруги. Паралельні схеми використовуються для збільшення струму навантаження. Число пульсацій в кривій напруги на навантаженні зростає в залежності від кількості використаних ви­прямляючих схем (див.рис.2.12).

Трансформатори кожної мостової схеми виконуються з різними групами з'єднання. Цим досягається зсув лінійних напруг вторинних обмоток трансформато­рів на 30ºел. При роботі схеми випрямлені напруги окремих мостів () та струми первинних обмоток трансформаторів складаються. Випрямленні напруги двох схем однакові, тобто . Якщо скласти дві випрямленні напруги з шес­тикратною пульсацією та зсунуті одна відносно другої на 30ºел, то в сумі одержимо подвоєну напругу з дванадцятикратною пульсацією. Тобто випрямлена напруга двомостової послідовної схеми за кількістю пульсацій відповідає шестифазній схемі. На рис. 2.12 це зображено за допомогою діаграм.

Рисунок 2.11

Середня випрямлена напруга всієї схеми дорівнює сумі напруг окремих ви­прямлячів або удвоєному значенню однієї з них, тобто:

Струм, споживаний схемою з мережі живлення, дорівнює сумі струмів, спо­живаних кожним з мостів. На діаграмах рис. 2.12,г, д, зображені криві вторинних струмів та при роботі кожного з випрямлячів окремо, а на діаграмі рис.2.12,ж їх сума, тобто струм при сумісній роботі обох мостів.

Таким чином, вмикання двох випрямлячів за комбінованою схемою суттєво покращує гармонічний склад споживаного з мережі струму.

В лабораторній роботі використовується триобмоточний трансформатор з двома вторинними обмотками, з'єднаними трикутником та зіркою.

Використання одного трансформатора дає певні економічні вигоди, оскільки дозволяє зменшити кількість матеріалів, що йдуть на його виготовлення. До того ж трудомісткість виготовлення одного трансформатора з кількома вторинними об­мотками менша порівняно з виготовленням кількох трансформаторів з однією вто­ринною обмоткою.

Заміна двох трансформаторів на один не вносить змін у вигляд миттєвих діаг­рам струмів та напруг його первинної та вторинної обмоток. Лінійна напруга вто­ринних обмоток повинна бути однаковою. Тому, якщо для обмотки, з'єднаної три­кутником, коефіцієнт трансформації позначити як то для вторинної обмотки, з'єднаної зіркою, він повинен дорівнювати:

Що стосується струмів в цих обмотках, то в першому випадку амплітуда фазного струму, вираженого через струм навантаження, буде дорівнювати , а в другому випадку . Амплітуда фазного струму первинної обмотки для схеми рис. 2.11 буде дорівнювати:

.

В дійсності, форма струмів усіх обмоток трансформатора відрізняється від іде­алізованої. Пояснюється це впливом активного опору обмоток та їх індуктивністю розсіювання, що спричиняє до додаткового фазового зсуву окремих гармонічних складових струмів.

Рисунок 2.12

Нижче наводиться гармонічний склад кожного зі струмів рис.2.12.

У випадку з'єднання за схемою «зірка-зірка» (див. діаграму рис. 2.12,г):

(2.7)

У випадку з'єднання вторинної обмотки трикутником матимемо:

(2.8)

З виразів (2.7), (2.8) видно, що в кількісному відношенні гармонічний склад струму випрямляча не залежить від способу з'єднання обмоток трансформатора. Амплітуди однойменних гармонік за умови рівності та обох схем співпадають. Різниця спостерігається в зсувах фаз 5 та 7 гармонік. Спектр гармонік кривих та однаковий.

У випадку сумісної роботи двох випрямлячів, сумарний споживаний струм зо­бражено на діаграмі рис. 2.12, ж і його гармонічний склад не важко отримати як суму розкладання в ряд кривих фазних струмів та . Склавши вирази (2.7) та (2.8) одер­жимо:

(2.9)

З виразу (2.9) видно, що в кривій рис. 2.12,ж вищою є гармоніка за номером 11. Відносне значення амплітуди вищої гармоніки n-го по­рядку дорівнює 1/n. Очевидно, що чим менша амплітуда вищої гармоніки і чим виший її по­рядок, тим легше вирішується питання її фільт­рації.

З цієї точки зору схема з дванадцятикратною пульсацією вихідної напруги має безумовні переваги. Такі схеми мають кращу електромаг­нітну сумісність з мережею живлення, оскільки генерують в ній вищі гармоніки з незначною амплітудою, що легко фільтруються. Форма споживаного комбінованою схемою струму з мережі живлення близька за формою до синусоїдної і не вносить суттєвих змін в роботу відповідальних споживачів тієї ж мережі.