Токи и напряжения аварийных режимов в выпрямителях

Аварийные режимы работы выпрямителей

Аварийные режимы работы возникают вследствие потери диодами и тиристорами вентильных свойств, а также повреждения изоляции внешних цепей. В выпрямителе возникают токи короткого замыкания, на которые должна реагировать защита. Однако до момента отключения выпрямителя все его конструктивные элементы должны выдержать ток аварийного режима. При расчёте токов короткого замыкания принимается условие, что короткое замыкание «металлическое» или «глухое». Бывают также короткие замыкания через электрическую дугу, но величина токов при этом меньше. Аварийные токи короткого замыкания зависят от схемы выпрямителя, конфигурации питающей и контактной сети и от места точек повреждения контактной сети.

Аварийные режимы работы выпрямителей различают в зависимости от числа одновременно открытых вентилей (диодов или тиристоров) во внекоммутационный и коммутационный периоды. Рассмотрим аварийные режимы для шестипульсовых выпрямителей. Они будут общими для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором» и для мостовой схемы, так как будут зависеть от угла коммутации вентильных токов g_в (табл. 8.1).

Таблица 8.1

Режимы работы шестипульсовых выпрямителей

Наименование режима работы	внекоммутационный период	коммутационный период	угол коммутации
Режим «два» холостой ход	работа 2-х вентилей	работа 2-х вентилей	gв=0
Режим «два-три» номинальная нагрузка	работа 2-х вентилей	работа 3-х вентилей	gв<p/3
Режим «три» аварийная перегрузка	внекоммутационного периода нет, работа 3-х вентилей	работа 3-х вентилей	gв=p/3
Режим «три-четыре» аварийная перегрузка	внекоммутационного периода нет, работа 3-х вентилей	работа 4-х вентилей	gв>p/3
Режим «шесть» короткое замыкание	«глухое» короткое замыкание всех фаз трансформатора через открытые вентили

Наибольшая допустимая перегрузка по току в рассматриваемых схемах наступает, когда g_в=p/3 (когда заканчивается режим «два-три»). Для мостовой схемы , следовательно, при g_в=p/3 граничный ток перегрузки на выходе выпрямителя будет . Так как (без учёта влияния Х _с), то

, (8.1)

где U _2В – действующее значение напряжения фазы вторичной обмотки трансформатора;

I _dН – номинальный ток нагрузки выпрямителя;

Х _а, Х _с – индуктивные сопротивления фазы трансформатора и питающей сети;

u _к – напряжение короткого замыкания преобразовательного трансформатора.

Для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором» можно провести аналогичные выкладки, и величина I _dк(3) будет такой же.

Уравнение внешней характеристики выпрямителя для режима «два-три» , поэтому при токе I _dк(3) выходное напряжение выпрямителя составит

U _d(3) = 0,75 U _d0. (8.2)

Следовательно, нормальный режим работы выпрямителя заканчивается, когда выпрямленное напряжение из-за коммутации вентильных токов снижается на 25% относительно напряжения холостого хода.

Аварийный режим «три» характеризуется одновременной работой в течение p/3 трёх вентилей, из которых у двух происходит коммутация, и запаздыванием вступления в работу очередного вентиля (четвёртого) до момента окончания коммутации у вентиля противоположной группы той же фазы. Предельное значение угла запаздывания составляет p/6.

При этом величина тока в конце режима «три» составит

, (8.3)

а величина выходного напряжения

U _dкмin = 0,435 U _d0. (8.4)

Дальнейшее нарастание тока приводит к возникновению режима «три-четыре». Этот режим характерен тем, что в течение некоторого времени ток проводят четыре вентиля (два в анодной и два в катодной группах). При этом возникает коммутация вентильных токов, характеризующаяся углом g₀. График тока для фазы а ₁ в режиме «три-четыре» представлена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. График тока для фазы а ₁ в режиме «три-четыре»

Когда g₀ = p/3 наступает режим «шесть» - «глухое» короткое замыкание всех фаз трансформатора через открытые вентили.

При этом величина тока составит

, (8.5)

а величина выходного напряжения U _dк(6) = 0.

По полученным значениям выходного напряжения и тока можно построить внешнюю характеристику выпрямителя (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Внешняя характеристика выпрямителя

Дата добавления: 2014-01-07