Сложные m-пульсовые мостовые схемы выпрямления
Из рассмотренных выше схем двенадцатипульсовые схемы выпрямления обладают лучшими технико-экономическими показателями. Дальнейшее повышение технико-экономических показателей возможно созданием мостового выпрямителя с повышенным числом пульсаций в кривой выпрямленного напряжения (m = 18, 24, 36, 48…). При этом достигается следующее:
- уменьшается размах колебаний пульсаций (уменьшается содержание высших гармоник);
- улучшаются формы токов, потребляемых из питающей сети (приближаются к синусоидальной форме);
- более полно используются трансформаторы;
- повышаются значения коэффициентов мощности и полезного действия;
- снижается значение коэффициента наклона внешней характеристики и внешняя характеристика становится более пологой.
Однако выбор наиболее рациональной схемы выпрямления трехфазного тока для выпрямителей того или иного назначения осуществляется путем технико-экономического сравнения вариантов с учетом конкретных условий и требований как потребителе постоянного тока, так и электроснабжающих организаций (систем).
Тройная трехфазная мостовая схема выпрямления, обеспечивающая восемнадцатикратную пульсацию выпрямленного напряжения за период
Для этой цели одну из вентильных обмоток соединяют по схеме звезды, а две остальные – в неравносторонний зигзаг (скользящий треугольник или замкнутый зигзаг) так, чтобы сдвиг векторов линейных напряжений вторичных обмоток смежных фаз трех вентильных обмоток был равен 20о (π/9).
Двенадцатипульсовый мостовой выпрямитель
Мосты в рассмотренной схеме могут быть соединены:
- последовательно;
- последовательно-параллельно, с помощью уравнительного реактора;
- параллельно, с помощью трех уравнительных реакторов.
вентильные обмотки могут быть соединены по трем наиболее приемлемым схемам:
Наиболее экономичная схема их рассмотренных вариантов – схема использования скользящего треугольника.
Регулирование выпрямленного напряжения. Управляемые выпрямители
На практике часто встречаются случаи, когда на шинах потребителей электроэнергии постоянного тока требуется изменение величины напряжения, то есть регулирование. С точки зрения регулирования напряжения выпрямители подразделяются на неуправляемые и управляемые.
В неуправляемых выпрямителях регулирование осуществляется изменением напряжения вентильной обмотки, то есть изменением kт.
где а – коэффициент схемы, определяемы отношением амплитуды выпрямленного напряжения к амплитуде фазного:
Dm – коэффициент выпрямления:
В управляемых выпрямителях регулирование напряжения достигается изменением во времени моментов вступления в работу вентилей. В настоящее время в мощных статических преобразователях широко используются управляемые вентили, в основном тиристоры, включение которых происходит при наличии положительного напряжения на их анодах и положительного импульса на их управляющем электроде. Эти свойства управляемых вентилей используют в импульсно-фазовом способе управления преобразователями.
m-пульсовый трехфазный выпрямитель
Моментом вступления вентилей в работу можно управлять, то есть задерживать время открытия очередного вентиля и тем самым задерживать начало коммутации на некоторое время, измеряемое углом фазового регулирования α (углом регулирования или управления). Значение - граничное значение угла управления. Поэтому в зависимости от характера нагрузки возможно два режима работы:
1) режим прерывистых токов – при работе выпрямителя на активной нагрузке.
2) режим непрерывных токов – при работе выпрямителя на активно-индуктивное сопротивление.
При xd=∞ кривые токов абсолютно сглажены и выпрямитель работает в режиме непрерывных токов. Из диаграммы видно, что в течение времени, соответствующего углу α продолжает работать фаза при отрицательном напряжении за счет самоиндукции сглаживающего реактора (индуктивности в цепи постоянного тока). Эта ЭДС поддерживает работу данной фазы за счет магнитной энергии, накопленной в ту часть периода, когда напряжение трансформатора было выше среднего значения выпрямленного напряжения.
Среднее значение выпрямленного напряжения для режима непрерывных токов:
Период пульсации на зависит от угла регулирования.
Из этого выражения следует, что с увеличением α значение выпрямленного напряжения снижается по закону косинуса этого угла и тем самым осуществляется плавное, бесконтактное регулирование выпрямленного напряжения. Для режима прерывистых токов среднее значение выпрямленного напряжения:
Уравнение внешней характеристики управляемого выпрямителя имеет вид:
В соответствии с записанным выражением управляемый выпрямитель имеет семейство внешних характеристик:
В общем виде для
m-пульсового
управляемого выпрямителя внешняя
характеристика определяется выражением:
Если учитывать, что коммутация токов вентилями осуществляется за период времени γ, то электромагнитные процессы в m-пульсовом выпрямителе примут вид:
Задержка управляющих импульсов относительно моментов естественной коммутации на угол α приводит к изменению доли гальванических составляющих в кривой выпрямленного напряжения. Из диаграмм видно, что с ростом значения α увеличивается размах колебаний в кривой переменной составляющей выпрямленного напряжения. В то же время период повторяемости пульсаций не зависит от угла α.
Управляемые выпрямители получили достаточно широкое распространение, так как позволяют плавно регулировать выпрямлен6оге напряжение, осуществлять инверторное преобразование, создавать новые защитные и коммутационные устройства.
Качество управления преобразователем сказывается на всех его показателях:
- снижается среднее значение напряжения на выходе преобразователя с ростом угла α;
- искажается форма кривой этого напряжения;
- ухудшаются условия работы вентилей в непроводящую часть периода за счет увеличения скачкообразного напряжения;
- ухудшается коэффициент мощности преобразователя.
Технико-экономические показатели управляемых выпрямителей ниже, чем неуправляемых (условия работы вентилей и трансформатора, внешняя характеристика);это ограничивает их применение, однако необходимость создания инверторов приводит к использованию управляемых преобразователей.
Способы регулирования выпрямленного напряжения на электроподвижном составе