Выпрямители. Цель лекции: рассмотреть вопросы: схемы выпрямителей трехфазного тока

Лекция 14.

Цель лекции: рассмотреть вопросы: схемы выпрямителей трехфазного тока.

СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

Нулевая шестипульсовая схема.

Рис. 6.8. Схема и временное диаграммы напряжений и тока нулевой шеcтипульсовой схемы с уравнительным реактором

Выпрямитель состоит из трехфаз­ного преобразовательного трансформатора с двумя вторичными об­мотками и шести групп диодов.

Вторичные обмотки трансформатора образуют две трехфазные системы, сдвинутые по фазе на π, что достигается выводом начала одной и конца второй вторичных обмоток, расположенных на одном стержне магнитопровода трансформатора, и соединением трех фаз каждой вторичной обмотки в звезду (рис. 6.7, а). Одна из них, совпадающая по фазе с первичной обмоткой (а₁ Ь₃, с₅), называется прямой, а вторая (а₄ Ь₆, с₂ — обратной звездами трехфазной системы (рис. 6.7, б). В результате две системы об­разуют симметричную шестифазную систему переменного тока (рис. 6.7, в). К выводам вторичных обмоток присоединяются своими анодами диоды. Объединенные катоды диодов образуют положи­тельный полюс выпрямителя, а объединенная нулевая точка вто­ричных обмоток трансформатора — отрицательный полюс.

2Возможны две модификации нулевой шестипульсовой схемы: без уравнительного реактора, когда нулевые точки (01, 02) прямой и обратной обмоток соединяются непосредственно; с уравнительным реактором, когда нулевые точки соединяются через однофазный реак­тор с выведенной средней точкой.

Рассмотрим нулевую схему трехфазного выпрямителя с уравни­тельным реактором (УР) (рис. 6.8). В каждый момент времени только один из диодов имеет максимальный потенциал на аноде относитель­но нулевой точки (О). Если УР отсутствует, то ток нагрузки проводит тот диод, потенциал анода которого максимален: на интервале между точками 2 и 4 — диод VD1; 4 и 6 — VD2; 6п8~ VD3;8н10— VD4; 10 и 12 — VD5 и т. д.. Кривая выпрямленного напряжения u_d форми­руется вершинами фазных напряжений прямой и обратной обмоток u_al, u_cl, u_b3, u_a4, u_c5 и т. д. и имеет шесть пульсаций за один период. Через диоды и вторичные обмотки проходит ток с амплитудой I_d в течение интервала π/3 = 60 эл. град. В каждый момент времени ток

Рис. 6.7. Симметричная шестифазная система переменного тока и векторные диаграм­мы напряжений

протекает только в одной фазной обмотке одной звезды, а в первич­ной обмотке ток замыкается по двум фазным обмоткам. В результате на стержнях магнитопровода трансформатора нет баланса намагни­чивающих сил. На каждом стержне возникает избыточная намагничи­вающая сила, пропорциональная I_d/3, создающая поток вынужденно­го намагничивания. На каждом интервале π/3 он во всех трех стерж­нях совпадает по направлению и изменяет направление на очередном интервале π/3. Таким образом, поток вынужденного намагничивания изменяется с тройной частотой и называется однофазным потоком вынужденного намагничивания. Этот поток, замыкаясь по элементам конструкции трансформатора, вызывает дополнительные потери от вихревых токов, приводит к существенному увеличению эквивалент­ной анодной индуктивности и крутизны внешней характеристики вы­прямителя. Вследствие этого явления и низкого использования диодов и установленной мощности трансформатора нулевая шестипульсовая схема без уравнительного реактора не используется.

Для устранения этих недостатков Кюблером была предложена схема с уравнительным реактором (схема Кюблера). Идея приме­нения уравнительного реактора заключается в том, что в такой схеме обеспечивается одновременная работа обеих звезд в резуль­тате выравнивания потенциалов на анодах двух диодов: одного в прямой и одного в обратной звездах. Выравнивание потенциалов достигается тел;, что под действием разности потен­циалов между точками 01 и 02 в контуре (на рис. 6.8 обозначен штриховой линией) возникает ток i_k, совпадающий по направлению с током вышедшего из работы диода VD6 (для интервала 1 н 3 на рис. 6.8) и противоположный для диода, вступающего в работу VD1. Напряжение и_к на реакторе делится точкой О пополам, и напряжение u_к/2 прибавляется к фазному напряжению и_b6 вышед­шего из работы диода VD6 (и_b6+ u_к/2) и вычитается из фазного напряжения и_а1 вступающего в работу диода VD1 (и_а1- u_к/2). В результате потенциалы анодов двух диодов выравниваются, и они проводят ток I_d одновременно, каждый примерно I_d/2. Напряжение u_d, прикладываемое к нагрузке, равно полусумме мгновенных на­пряжений прямой и обратной звезд: u_d =(u_d1 +u_d2)/2. Диоды проводят ток на интервале 2π/3 = 120 эл. град., и имеют амплитуду I_d/2 (это обеспечивает лучшее использование диодов и обмоток трансформатора). Одновременно ток проводят вторичные обмотки обеих звезд (это устраняет дисбаланс намагничивающих сил и поток вынужденного намагничивания).

Напряжение и_к имеет треугольную форму и изменяется с трой­ной частотой по сравнению с частотой питающей сети. Так как реактор обладает индуктивным сопротивлением х_к = 3·2πfL_к, то ток i_k отстает на 90 эл. град, и имеет форму, близкую к сину­соидальной. Этот ток невелик и в мощных выпрямителях не превышает 1—2 % номинального тока. Он накладывается на ток нагрузки i_d, и токи в фазах трансформатора i₁ и i₂ имеют соответствующую форму, немного отличающуюся от прямоуголь­ной. Если ток нагрузки I_d мал [I_d ≤ (0,01 + 0,02) I_dH0M] (кри­тический ток), то контур тока i_k не может существовать, так как один из диодов в контуре смещен в обратном направлении. В этом режиме схема с уравнительным реактором переходит в режим работы без УР.

Обратное напряжение, прикладываемое к диодам, равно амплиту­де междуфазного напряжения (рис. 6.8, б)

Среднее значение выпрямленного напряжения для схемы без УР

(6,27)

Для схемы с УР

где Е_М2, Е₂ – соответственно амплитуда и эффективное значение фазного напряжения холостого хода вторичной обмотки трансформатора.

Средний ток диода

(6,29)

Обратное максимальное значение тока первичной обмотки

(6,30)

Эффективное значение тока вторичных обмоток

(6,31)

Эффективное значение тока первичной обмотки

(6,32)

Расчетные мощности обмоток трансформатора

(6,33)

(6,34)

Расчетная мощность трансформатора

(6,35)

Коэффициент использования расчетной мощности

(6,36)

Дата добавления: 2014-01-07