Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Анализ процессов в простой нулевой трехфазной m -пульсовой

 схеме выпрямления

 

Рассмотрим m-пульсовую простую трехфазную схему выпрямления (на примере трехпульсовой схемы) при следующих допущениях: индуктивное сопротивление вентильной обмотки Xв = 0, а индуктивное сопротивление нагрузки Xd = ∞.

Принципиальная нулевая m-пульсовая простая трехфазная схема выпрямления приведена на рис. 6. В такой схеме вентильные обмотки трансформатора соединяются в «звезду» или «зигзаг» с доступной нулевой точкой О, образующей отрицательный полюс системы выпрямленного напряжения. Число обмоток может быть кратным числу фаз первичной обмотки. К каждому фазовому выводу вторичной обмотки подключен вентиль. Точка объединения катодов вентилей К образует положительный полюс системы выпрямленного напряжения.

Фазовые напряжения вторичной обмотки образуют симметричную систему векторов с углом между ними δ, равным 2π/m.

Определим порядок и продолжительность проводящего состояния вентилей λ. В качестве примера будем использовать простую трехфазную трехпульсовую схему выпрямления, приведенную на рис. 7, а. Временные диаграммы напряжений и токов на всех элементах рассматриваемой схемы приведены на рис. 7, б-и.

Рис. 6. Принципиальная m-пульсовая нулевая схема выпрямления

 

Рассмотрим произвольно взятый момент времени ωt1 (рис. 7, б) на интервале между точками 1 и 2.

Если вентиль VD1, подключенный к фазе «а», открыт, то потенциал на его катоде:

.                                       (5)

 

Условием открытия вентиля VD2, подключенного к фазе «b», является положительный относительно катода потенциал на аноде, то есть необходимо, чтобы:

.                                   (6)

Учитывая, что катоды вентилей однопотенциальны (), условием открытия вентиля VD2 будет следующее:

,                             (7)

                                                   (8)

То есть, вентиль VD 2 откроется лишь тогда, когда потенциал его анода станет выше, чем у других вентилей.

 

 

Рис. 7. Трехпульсовая нулевая схема выпрямления и временные

диаграммы электромагнитных процессов в ней

 

Таким образом, в простой нулевой схеме в каждый момент времени открыт только один вентиль с максимальным потенциалом на аноде.

Выпрямленное напряжение ud всегда равно фазовому – максимальному в данный момент времени – напряжению. Кривая ud огибает вторичные фазные напряжения, число пульсаций ее равно числу фаз вторичной обмотки (m = m2). Продолжительность пульсации составляет 2π/m.

Определим среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе выпрямителя при продолжительности пульсации 2π/m.

Рассмотрим одну пульсацию выпрямленного напряжения для рассматриваемой схемы выпрямления (рис. 8).

 

Рис. 8. Одна пульсация кривой выпрямленного напряжения рассматриваемой схемы выпрямителя

 

Выбрав за точку отсчета ось y, имеем

.                                       (9)

Обобщенное выражение для определения среднего значения выпрямленного напряжения для любой схемы выпрямления имеет вид:

.                              (10)

Среднее значение выпрямленного напряжения для простой трехпульсовой нулевой схемы выпрямления для режима холостого хода определится следующим образом:

.                                                         (11)

Выражение (11) справедливо для всех простых нулевых схем выпрямления. Значение Ud0 для этих схем равно

m2 = m = 1     Ud0 = 0,45 U2;

m2 = m = 2     Ud0 = 0,9 U2 ;

m2 = m = 3     Ud0 = 1,17 U2 ;

m2 = m = 6     Ud0 = 1,35 U2 .

Рассмотрим условия работы вентилей в этой схеме. При Xd = ∞ кривые токов вентилей абсолютно сглажены (рис. 7, в), поэтому условия работы вентилей будут следующими:

;                                           (12)

                                   (13)

Этот ток определяет тип и число параллельно соединенных в плече вентилей.

Определим напряжение на вентиле. Напряжение на вентиле равно разности потенциалов между его анодом и катодом:

.                                           (14)

Кривая обратного напряжения на вентиле приведена на рис. 7, ж. На интервале ωt2 ≤ ωt ≤ ωt3 (рис. 7, ж) обратное напряжение на вентиле равно

,                                      (15)

а на интервале ωt3 ≤ ωt ≤ ωt4

.                                      (16)

     Таким образом, обратное напряжение на вентиле, равное разности потенциалов между его анодом и катодом, всегда будет междуфазным (линейным) напряжением, то есть , а его максимум, определяющий класс и число вентилей, соединенных в плече последовательно, будет равен

.                                    (17)

Шестипульсовая простая нулевая схема выпрямления и временные диаграммы электромагнитных процессов в ней приведены на рис. 9.

 

 

Рис. 9. Шестипульсовая простая нулевая схема выпрямления и временные

диаграммы электромагнитных процессов в ней

 

     Для этой схемы, также как и для простой нулевой двухполупериодной схемы выпрямления

.                                    (18)

Это наглядно видно на рис. 9, ж.

Условия работы трансформатора определятся напряжениями и токами обмоток. Ток сетевой обмотки для схемы в общем виде записать сложно, поэтому примем

,                                        (19)

где – коэффициент трансформации трансформатора, определяемый из выражения (4);

b – коэффициент пропорциональности, зависящий от схемы.

Из принципа работы схемы ясно, что ток фазы вентильной обмотки равен мо величине и продолжительности току подключенного к этой фазе вентиля (рис. 7, в):

.

Определим действующее значение тока вентильной обмотки. Действующее значение – средняя квадратичная величина всех мгновенных значений за период:

                              (20)

и оно определит сечение обмотки.

Ток через вентильную обмотку протекает только в одном направлении, а продолжительность работы обмотки определяется числом фаз.

Так как теперь мы определились с продолжительностью работы вентилей преобразователя, то следует остановиться на методике определения тока первичной (сетевой) обмотки трансформатора, так как в общем виде она не раскрыта.

Для трехфазной трехпульсовой схемы (рис. 7, а) по замкнутым магнитным контурам сумма ампер-витков равна нулю, тогда:

                        (21)

Приняв трансформатор приведенным, то есть w1 = w2т = 1), получим

                                   (22)

Кривая сетевого тока i’А, построенная по выражению (22), приведена на рис. 7, и.

Действующее значение сетевого тока

                     (23)

                                        (24)

Трансформатор в этой схеме имеет неуравновешенную магнитную систему: сумма мгновенных значений приведенных токов по стержню магнитопровода не равна нулю и по магнитопроводу замыкается. Постоянная составляющая магнитного потока, пропорциональная Id / 3. Это приводит к нагреву сердечника, сечение которого необходимо увеличивать. Кроме того, трансформатор в этой схеме имеет большие потери и круто падающую внешнюю характеристику (А = 0,87).

Для борьбы с магнитным неравновесием вентильные обмотки соединяют по схеме равностороннего встречного зигзага. Иногда сетевую обмотку для исключения этого явления соединяют по схеме треугольника.

Мощность, отдаваемая фазой вторичной обмотки трансформатора в режиме выпрямления с учетом (10):

,           (25)

а в режиме синусоидальной нагрузки от этой фазы можно отобрать

.                                 (26)

Коэффициент использования вторичной обмотки трансформатора зависит от числа фаз и определяется следующим образом:

.                                (27)

Для улучшения качества выпрямленного напряжения следует увеличивать число его пульсаций m за период питающего напряжения. В рассматриваемых нулевых схемах этого можно достичь только увеличением числа фаз вторичной обмотки m2, однако при этом снижается значение коэффициента С2:

m2 = m = 2       С2 = 0,63;

m2 = m = 3       С2 = 0,67;

m2 = m = 6       С2 = 0,55;

m2 = m = 12     С2 = 0,38;

m2 = m = 24     С2 = 0,24.

 

Именно это обстоятельство (плохое использование обмоток трансформатора) исключает применение простых нулевых схем в мощных преобразователях и заставляет переходить к сложным схемам.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...