Трехфазный однотактный управляемый выпрямитель

Трехфазный однотактный выпрямитель, или трехфазный выпрямитель с выводом нулевой точки вторичной обмотки трансформатора, имеет в своем составе вентильный блок и сетевой трансформатор, вторичная обмотка которого соединена в звезду с выводом нулевой точки этой обмотки. Тиристоры подключены к выводам вторичных обмоток своими анодами, а катоды их соединены в общую точку. Нагрузка подключена между нулевой точкой вторичной обмотки и общей точкой катодов вентилей. Общая точка катодов венти­лей служит положительным полюсом выходного напряжения, а нулевая точка вто­ричной обмотки трансформа­тора - отрицательным полю­сом. Вентили поочередно пропускают ток через цепь нагрузки.

На рисунке 9 приведена электрическая схема этого выпрямителя.

 

 

Рисунок 9. Схема трехфазного управляемого выпрямителя с выводом нулевой точки трансформатора

 

Работа схемы иллюстрируется диаграммами, приведенными на рисунке 10. Токи в вентиле и соответствующей фазе вторичной обмотки трансформатора равны i _в= i ₂ (для конкретных фаз i_в1=i_а, i_в3=i_в, i_в5=i_c) и протекают только на одном полупериоде напряжения переменного тока в течение временного такта θ=2π/3. Поэтому этот преобразователь называют трехфазным однотактным. Начало ведения тока вентилем определяется моментом подачи импульсов управления u _уv на этот вентиль и ха­рактеризуется углом регулирования (или управления) α, отсчиты­ваемым от точек пересечения фазных напряжений k, l, m - точек естественного открытия вентилей, в сторону отставания. Опережение им­пульсами управления точек k, l, m не приведет к естественной коммутации тока вентилей, так как в таком случае ток должен переходить с вентиля, имеющего более высокий потенциал анода, на вентиль с меньшим анодным потенциалом, что может быть осуществлено только с применением устройств принудительной коммутации или двухоперационных и полностью управляемых вентилей. На диаграмме рисунка 10 принято α=0. В каждый момент времени мгновенное значение выпрямленного напряжения u_d (утолщенная кривая на рисунке 10) определяется мгновенным значе­нием кривой напряжения той фазы, с которой соединен работающий вен­тиль.

Среднее значение выпрямленного напряжения U_d зависит от угла управленияи от режима работы схемы, который при этом имеет место. Так, для режима, соответствующего активно – индуктивному харкатеру нагрузки (L_d =∞) и α>π/6, прохождение анодного тока через вентиль не прекращается в течение такта θ, не­смотря на то, что к концу интервала работы вентиля в фазе вторичной обмотки трансформатора появляется отрицательное напряжение. Это объ­ясняется тем, что возникающая в процессе снижения анодного тока по­ложительная ЭДС самоиндукции на L_d уравновешивает отрицательное фазное напряжение, падение напряжения в вентиле и активное падение напряжения в анодной цепи. Поэтому при L_d =∞ ток непрерывен при любом значений угла α и выражение для среднего значения выпрямленного напряжения имеет вид:

 

(40)

где

;

U ₂- действующее значение вторичного фазного напряжения трансформатора;

k _сх-коэффициент преобразова­ния схемы, для трехфазного однотактного преобразователя k _сх=1,17.

Среднее за период значение тока вентиля

(41)

где i _а - ток фазы а вторичной обмотки трансформатора на интервале

проводящего состояния вентиля V 1 равен току нагрузки:

i _a= I_d.

 

 

 

 

Рисунок 10. Временные диаграммы, поясняющие работу трехфазного однотактного выпрямителя

 

Действующее значение фазного тока схемной обмотки (вторичной) трансформатора и действующее значение тока вентиля

(42)

 

Напряжение на каждом вентиле равно разности фазных напряжений - фазы, подключенной к аноду того вентиля, на котором определяет на­пряжение, и фазы, подключенной к аноду работающего вентиля. Например, при работе вентиля VS 3 напряжение на вентиле VS I u _в1= u _а- u _в, а при работе вентиля VS 5 u _в1= u _а- u _с (рисунок 10). Следователь­но, максимальное значение обратного напряжения на вентиле равно ам­плитуде линейного вторичного напряжения трансформатора

(43)

При α=π/2 в соответствии с (40) U _d=0, что и определяет диа­пазон изменения угла регулирования выпрямителя при активно – индуктивном характере нагрузки (L_d =∞): 0≤ α ≤ π/2.

При чисто активной нагрузке (L_d =0) прерывистый ток получается при углах регулирования α>π/6, а среднее значение выпрямленного напряжения при α>π/6 определяется по формуле (44):

(44)

Нетрудно видеть, что в этом случае выходное напряжение будет равно нулю только при α=5π/6. Напомним, что приведенные на рисунке 10 временные диаграммы характеризуют работу трехфазного неуправляемого выпрямите­ля с нулевым выводом при угле регулирования α=0.

Режим работы трансформаторов в этой схеме выпрямления, также как и в других схемах выпрямления су­щественно отличается от работы их в линейных цепях переменного тока. В основе этого лежит несинусоидальность токов в схемных (вторичных) обмотках и в ряде схем еще и однополупериодность (однотактность) протека­ния токов по фазам вторичных обмоток. В результате создаются условия, приводящие к образованию постоянных составляющих токов во вторичных обмотках трансформатора (смотри рисунок 10, кривую тока i _в1= i _а= f (ωt)).

Несинусоидальность токов вторичных обмоток обуславливает также несинусоидальность токов в фазах первичных обмоток, но в токах этих обмоток отсутствуют постоянные составляющие. Дополнительной особен­ностью, связанной с различной формой первичных и вторичных токов, является различная величина действующих значений этих токов по отношению к среднему значению выпрямленного тока I_d и, следовательно,

различная величина расчетной мощности обмоток трансформаторов.