Трехфазная мостовая схема выпрямления

В схеме трехфазного мостового выпрямителя (рисунок 12) вентили объединены в две группы: катодную и анодную, при этом аноды и като­ды вентилей соответствующих групп соединяются попарно и подключают­ся к трехфазной вторичной обмотке трансформатора. Следует отметить, что использование вы­прямителя возможно также без сетевого трансформатора Т при прямом подсоедине­нии вентильного блока к трехфазной сети. Между общей точкой катодов и общей точкой анодов групп вентилей присоединяется нагрузка. По отношению к внешней цепи общая точка катодов является положительным полюсом, а общая точка анодов - отрицательным. В данной схеме во внекоммутационном интер­вале одновременно работают два вентиля: по одному в катодной и анодной группах. В результате цепь нагрузки в любой момент присоеди­нена к питающим фазам на линейное напряжение.

Предположим, что выпрямитель выполнен на неуправляемых вентилях. В этом случае в каждый момент времени одновременно будут вести ток два вентиля, находящиеся под наибольшим мгновенным линейным напряже­нием. В таблице 2 приведена очередность работы вентилей с учетом подачи напряжения на вентильный блок (смотри рисунок 11). Как видно из

таблицы 2 естественное переключение вентилей происходят через интерва­лы, равные π/3, составляющие продолжительности такта θ, а каждый вентиль ведет ток в течение двух тактов 2θ=2π/3, коммутации нечетных и четных вентилей сдвинуты относительно друг - друга на один такт и чередуются на периоде напряжения питающей сети. Схема рассматривае­мого выпрямителя является трехфазной двухтактной с шестикратной час­тотой пульсаций выходного напряжения.

На рисунке 13 приведены кривые:

-кривые линейных напряжений вторичной обмотки трансформатора u _ab, u _ac, u _bc, u _ba, u _ca, u _cb, и кривая выпрямленного напряжения при α=30⁰ и α=0⁰;

-импульсы управления тиристоров силовой схемы i _уv1, i _уv2, i _уv3, i _уv4 , i _уv5 и i _уv6;

-ток вентиля VS 1, i _v1;

-ток вторичной обмотки трансформатора, i _a.

 

Очередность работы вентилей в трехфазном мостовом выпрямителе

 

Таблица 7

Наибольшее линейное напряжение	U ав	U ас	U вс	U ва	U са	U св	U ав
Вентили катодной группы	VS 1	VS 1	VS 3	VS 3	VS 5	VS 5	VS 1
Вентили анодной группы	VS 6	VS 2	VS 2	VS 4	VS 4	VS 6	VS 6
Длительность интервала ведения тока	π/3	π/3	π/3	π/3	π/3	π/3	π/3

 

 

 

Рисунок 12. Трехфазный управляемый мостовой выпрямитель

 

Работа управляемого мостового выпрямителя на однооперационных идеальных вентилях при угле управления α=π/6 характеризуется вре­менными диаграммам, приведенными на рисунке 13.

Здесь точки k, …, p, q являются точками естественного открытия вентилей; точки k’, …, p’, q’ определяют моменты открытия вентилей с заданным значением угла регулирования α;

-утолщен­ные кривые u _d и u _v1 представляют мгновенные величины выпрямленного напряжения и напряжения на вентиле соответственно;

i _уv1,…, i _уv6 - импульсы управления вентилями сдвоенной формы, что необ­ходимо для надежного открытия вентилей во всех установившихся и пе­реходных режимах.

i _v1- ток вентиля VS 1;

i _а- ток фазы а вторичной обмотки трансформатора.

 

Среднее значение выпрямленного напряжения опреде­ляется по соотношению

(54)

Здесь при расчете по линейным напряжениям коэффициент преобразования схемы k _сх.л=1,35, а при расче­те по фазным напряжениям k _сх.ф=2,34. Из сопоставления выражений (40) и (54) следует, что для получения одной и той же величины вы­прямленного напряжения U_d величина фазного напряжения U ₂, в мо­стовой схеме должна быть в 2 раза меньше, чем при трехфазной схеме с выводом нулевой точки трансформатора, мгновенное напряжение на вен­тиле (кривая u _v1 на рисунке 13) по форме кривой и величине максималь­ного значения равно соответствующему напряжению в трехфазной однотактной схеме при условии равенства углов регулирования.

Определим среднее значение тока вентиля и действующее значение фазного то­ка вторичной обмотки трансформатора на основании построенных на рисунке 13 кривых i _v1, i _а и по аналогии с соотношениями (41), (42)

(55)

 

Максимальное значение обратного напряжения вентиля (смотри рисунок 13) (56)
Коэффициент использования вентиля по напряжению

Расчетная мощность трансформатора

где S _Т1= m ₁ U _1ф I _1ф- расчетная мощность первичной обмотки

S _Т2= m ₂ U _2ф I _2ф - расчетная мощность вторичной обмотки

(57)

где P _d0= U_{d 0} I_dN - номинальная мощность цепи постоянного тока выпрямителя.

 

Частота пульсаций выпрямленного напряжения

где

k _т -коэффициент тактности выпрямителя;

m ₂- число фаз вторичной обмотки

Для трехфазного мостового выпрямителя

(58)

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения основной гармоники, частота которой f _п1=6 f _c, на всем рабочем диапазоне изменения угла регулирования α может быть определён по формуле (59):

(59)

 

 

 

 

Рисунок 13. Временные диаграммы, поясняющие работу трехфазного мостового управляемого выпрямителя

 

Отметим достоинства и недостатки трехфазной мостовой схемы выпрямления.

 

Достоинства:

1 Хорошее использование вентилей по напряжению.

2 Хорошее использование трансформатора по мощности, простое конструктивное исполнение трансформатора.

3 Благоприятный характер внешней характеристики.

4 Шестикратная пульсация выпрямленного напряжения.

 

Недостатки:

1 Удвоенное падение напряжения на вентилях (2ΔU_в.пр.), что способствует увеличению потерь мощности, снижению К.П.Д. выпрямителя. Особенно сильно это проявляется в низковольтных сильноточных выпрямителях. Однако применение современных вентилей с малым падением напряжения в прямом направлении ΔU_в.пр=1В в определённой мере позволяет снизить эти потери.

2 Относительно большое действующее значение тока вентиля, что способствует увеличению потерь мощности в вентилях.

 

Вопросы для самоконтроля:

1Сформулируйте принцип работы трехфазной мостовой схемы выпрямления.

2 Объясните причину необходимости подачи «сдвоенных» импульсов управления на каждый тиристор трехфазной мостовой схемы.

3 Укажите во сколько раз максимальное напряжение на закрытом вентиле больше среднего напряжения нагрузки.

4 Укажите во сколько раз расчетная мощность трансформатора больше мощности нагрузки.

5 Чему равна частота пульсаций выпрямленного напряжения?

6 Определите коэффициент пульсации выпрямленного напряжения при α=0.