Контрольные вопросы

1. Назовите особенности работы преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах.

2. Назовите условия закрытия тиристора в инверторном режиме.

3. Изобразите обобщенную регулировочную характеристику преобразователя, дайте пояснения.

4. Изобразите входную характеристику инвертора, дайте пояснения.

Раздел 6 Трёхфазные выпрямители

Рекомендуемая литература: [7, 12].

В мощных преобразователях промышленных установок выпрямление переменного тока осуществляется, как правило, с помощью трёхфазных выпрямителей. Это объясняется тем, что форма их выпрямленного напряжения отличается меньшей величиной пульсаций по сравнению со схемами однофазных выпрямителей. При этом обеспечивается наиболее благоприятная форма тока вентилей выпрямителя и обмоток трёхфазного трансформатора.

Все схемы трёхфазных выпрямителей можно условно разделить на две группы: мостовые выпрямители и выпрямители с нулевым выводом. Характерной особенностью схем с нулевым выводом является использование средней (нулевая) точки вторичной обмотки трансформатора в качестве одного из зажимов постоянного тока. По вторичным обмоткам трансформатора этого типа выпрямителя протекает однонаправленный пульсирующий ток, вследствие чего эта схема отличается невысоким использованием мощности трансформатора. В мостовых схемах выпрямителей вывод средней точки трансформатора не используется, а ток в его обмотках протекает в обоих направлениях, поэтому для мостовых схем характерно более полное использование мощности трансформатора.

6.1. Трёхфазный выпрямитель с нулевым выводом

6.1.1. Работа выпрямителя при активной нагрузке

Р

Рис. 6.1. Схема трёхфазного выпрямителя с нулевым выводом

ассмотрим выпрямитель, который состоит из трёхфазного понижающего транс­фор­матора Тр, вторичные обмотки которого соединены «звездой» (рис. 6.1). Первичные обмотки включают либо по схеме «звезда», либо «тре­угольник». Вторичные обмотки трансформатора связаны с анодами вен­­тилей выпрямителя . В замк­­нутом положении ключа К, шунтирующего индуктивность L, активная нагрузка    подключена меж­ду общей точкой соединения катодов вентилей и средним (нулевым) выводом обмотки трансформатора.

Рассмотрим электромагнитные про­цессы в схеме выпрямителя при следующих допущениях:

1) индуктивность рассеяния вторичных обмоток трансформатора равна нулю, поэтому коммутацию вентилей выпрямителя считаем мгновенной;

2) ток намагничивания трансформатора равен нулю;

3) вентили считаем идеальными, т. е. падение напряжения в прямом направлении и ток при обратном включении равны нулю.

Принцип действия схемы рассмотрим с помощью временных диаграмм (рис. 6.2, а, б, в, г, д, е), где показана трёхфазная система напряжений трансформатора относительно его нулевого вывода (рис. 6.2, а). Вентили выпрямителя проводят ток при положительном анодном напряжении, которое определяется фазными напряжениями обмоток трансформатора. Однако в проводящем состоянии находится только тот вентиль, напряжение на аноде которого превышает положительное напряжение двух других фаз трансформатора. Так, вентиль находится в проводящем состоянии на интервале (рис. 6.2, в), когда фазное напряжение положительно и является наибольшим по сравнению с напряжениями фаз  . На этом интервале ток нагрузки замыкается через вентиль и сопротивление нагрузки под действием фазного напряжения (рис. 6.1). На интервале (рис. 6.2, а) наибольшим становится напряжение на аноде вентиля , поэтому через него протекает ток нагрузки (рис. 6.2, а). На интервале при наибольшем напряжении в работе находится вентиль выпрямителя (рис. 6.2, д).

Таким образом, при поочередной работе трех вентилей выпрямителя интервал проводимости одного их них составляет: .

Рис. 6.2. Диаграммы работы трёхфазного выпрямителя

При постоянном соединении верхнего зажима нагрузки с нулевым выводом трансформатора, открытый вентиль выпрямителя подключает к нижнему по схеме выводу нагрузки напряжение соответствующей фазы трансформатора. Таким образом, выпрямленное напряжение представляет собой участки фазных напряжений трансформатора. Графически напряжение представляет собой огибающую наибольших значений фазных напряжений с периодом повторяемости (рис. 6.2, а, б). Полярность выпрямленного напряжения указана на рис. 6.1. При чисто активной нагрузке выпрямленный ток имеет ту же форму, что и напряжение (рис. 6.2, б). Поскольку ток нагрузки поочередно замыкается через вентили выпрямителя, диаграммы токов вентилей (рис. 6.2, в, г, д) представляют участки кривой тока , соответствующие интервалам проводимости вентиля. Кривые токов вторичных обмоток трансформатора определяются анодными токами соответствующих вентилей.

Выпрямленное напряжение определяется средним за период значением заштрихованной на рис. 6.2, б площади напряжения . Участок огибающей кривой описывается уравнением косинусоиды: . В этом случае формула для расчета принимает вид

, (6.1)

где – действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Из (6.1) следует, что при одинаковом значении напряжения выпрямленное напряжение трёхфазного выпрямителя выше, чем в однофазном выпрямителе, у которого . Трёхфазный выпрямитель имеет лучшие показатели по отношению к величине пульсаций выпрямленного напряжения. Поскольку частота пульсаций трёхфазного выпрямителя составляет 150 Гц (по сравнению с однофазным выпрямителем в 100 Гц), для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения и тока требуется сглаживающий дроссель меньшей индуктивности.

Средний ток вентиля связан со средним значением тока нагрузки: соотношением: .

Выясним форму и величину максимального обратного напряжения на вентилях выпрямителя. В качестве примера выберем вентиль V1. В закрытом состоянии обратное напряжение вентиля определяется разностью потенциалов его анода и катода. Изменение потенциала анода V1 определяется фазным напряжением . Потенциал катода зависит от проводящего состояния смежных вентилей V2 или V3. Так, при открытии вентиля V2 через него на катод вентиля V1 поступает фазное напряжение . При работе вентиля V3 потенциал катода V1 определяется фазным напряжением . Ординаты напряжения, заключенные между кривыми (напряжение анода) и фазные напряжения, от которых зависит потенциал катода, определяют форму обратного напряжения вентиля в закрытом состоянии (рис. 6.2, е). Таким образом, напряжение состоит из участков линейных напряжений и , в связи с чем амплитудное значение обратного напряжения на вентиле определяется как амплитуда линейного напряжения вторичных обмоток трансформатора:

. (6.2)