Краткие теоретические сведения. Трехфазные выпрямители используют для получения выпрямленного напряжения при больших мощностях в нагрузке

Трехфазные выпрямители используют для получения выпрямленного напряжения при больших мощностях в нагрузке. Наибольшее распространение получили трехфазные схемы: схема со средней точкой (схема Миткевича) и мостовая схема (схема Ларионова). Временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу схемы Ларионова при активной нагрузке, показаны на рис. 1.

Шесть вентилей выпрямителя условно разбивают на две группы: VD!, VD3, VD5 — катодная группа (имеет общий катод); VD2, VD4, VD6 — анодная группа (имеет общий анод). Каждый вентиль випрямителя пропускает ток в течение 1/3 периода сетевого напряжения (λ_VD = 2π/3). В анодной группе в данный момент будет работать тот вентиль, напряжение на катоде которого наиболее отрицательно. В катодной группе ток пропускает тот вентиль, которого на аноде наиболее положительное напряжение.

Рис 3.1 Мостовой выпрямитель по схеме Ларионова при активной нагрузке

Таким образом, в выпрямителе одновременно пропускают ток два вентиля: один из катодной, а другой из анодной группы. Выпрямленное напряжение определяется в любой момент разностью напряжений фаз с наиболее положительным и наиболее отрицательным напряжением, т. е. линейным напряжением. Так как каждая фаза связана с двумя вентилями, по ней протекает ток этих вентилей. Этот ток протекает за период сетевого напряжения дважды в противоположных направлениях. К неработающему в данный момент вентилю приложено обратное напряжение, равное разности напряжений фазы, связанной с данным вентилем, и фазы, на которой в данный момент наиболее положительное напряжение.

Максимальное значение обратного напряжения_на вентиле равно амплитуде линейного напряжения: U_{обр max} = E_2лин = E_2ф.

В рассмотренном случае считается, что ток с одного вентиля на другой переходит мгновенно, т. е. осуществляется мгновенная коммутация. Однако в выпрямителях большой мощности, к которым относятся трехфазные выпрямители, существенное значение имеют индуктивности рассеяния обмоток трансформатора. При протекании тока в этих индуктивностях накапливается энергия, которая не может мгновенно рассеяться при запирании вентиля, связанного с данной обмоткой. По этой причине ток в проводившем ранее вентиле спадает до нуля не мгновенно, а в течение какого-то интервала времени. Аналогично ток в вентиле, который вступает в работу, не может скачком увеличиться до своего номинального значения. При этом в течение интервала времени γ оказываются открытыми два вентиля в катодной или анодной группе, а всего в выпрямителе на этом этапе включены три вентиля (рис. 1, в). Интервал времени γ называется углом коммутации, а само явление одновременной работы вентилей из одной группы — явлением коммутации. В результате явления коммутации длительность работы вентиля увеличивается, т. е. λ_VD= 2π/3 + γ. Соответственно удлиняется интервал работы фазы трансформатора. На интервале коммутации напряжение в общей точке отпирающегося и запирающегося вентилей равно полусумме напряжений коммутируемых фаз, т. е. меньше, чем в обычном режиме. В выпрямленном напряжении вследствие явления коммутации получаются вырезанные участки. В результате среднее значение выпрямленного напряжения уменьшается, а коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя увеличивается. Длительность интервала коммутации γ пропорциональна индуктивности L_s рассеяния, а также току I_ср нагрузки.

Трехфазная мостовая схема выпрямления обладает высокими качественными показателями, к которым относятся:

небольшое значение максимального обратного напряжения на вентиле U_{обр max} ≈ 1.05 U_ср;

хорошее использование трансформатора по мощности и отсут­ствие вынужденного намагничивания;

малый коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения К_п ≈ 6 %;

повышенная частота пульсаций выпрямленного напряжения (кратность пульсаций выпрямленного напряжения т = 6).

Коэффициент пульсаций (отношение амплитудного значения переменной составляющей на нагрузке к среднему значению выпрямленного напряжения) К_п = U_max/U_ср, где U_max — амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения.

Кратность пульсаций выпрямленного напряжения т — число пульсаций выпрямленного напряжения за период сетевого напряжения.

Угол коммутации γ — интервал одновременной работы двух вентилей одной группы (катодной_или анодной), определяется по формуле 1 - cosγ = I_срωL_s/( E₂sinπ/m), где L_s — индуктивность рассеяния; E₂ — действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора; ω — круговая частота питающей сети.

Угол работы вентиля соответствует времени, в течение которого в вентиле протекает непрерывный ток: λ _VD = 2π/m₂ + γ, где m₂ — число фаз вторичной обмотки.

Коэффициент использования трансформатора по мощности К_исп = P_ср/S_т, где P_ср — мощность постоянных составляющих в нагрузке; Р_ср = U_ср / I_ср; S_т — типовая мощность трансформатора.

Схема трехфазного мостового (двухполупериодного) управляемого выпрямителя представлена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель

Управление выпрямителем заключается в за­держке на угол а моментов отпирания однооперационных тиристоров выпрямителя относи­тельно точек их естественного отпирания. Кривые напряжения на выходе трехфазного мостового выпрямителя в зависимости от угла а показаны на рис. 3.3. Поскольку в трехфазной мостовой схеме выпрямлению подвергаются линейные напряжения, то кривая выходного напряжения состоит из участков линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора. Кривые выходных напряжений мостов закрашены темным цветом. При изменении угла а в диапазоне от 0 до 60⁰ переход точки кривой выходного напряжения мостас одного линейного напряжения фазы на другое осуществляется в пределах положительной полярности участков линейных напряжений.

Рис. 3.3. Напряжение на выходе трехфазного мостового УВ

при =60⁰ и >60⁰

При а >60° в кривой выходного напряжения появляются паузы. Выходное напряжение становится равным нулю при значении угла а = 120°.

Зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от угла (регулировочная характеристика) при < 60° определяется выражением:

U_н= ,

где U _Нmax = 2,34U _2., U ₂ -фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Участок регулировочной характеристики на интервале 120°> а >60° находится из выражения:

U_н= .

Регулировочная характеристика трехфазного мостового выпрямите­ля приведена на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Регулировочная характеристика трехфазного

Поиск по сайту: