 |
Сложная шестипульсовая нулевая схема выпрямления
|
|
|
|
параллельного типа (схема Кюблера)
Сложная шестипульсовая нулевая схема выпрямления параллельного типа предложена инженером Кюблером в 1916 г. Схема состоит из двух трехпульсовых секций, соединенных параллельно (рис. 18, а).
Конструктивное отличие секций в том, что одна из них собрана на вентильной обмотке, соединенной в прямую звезду (в точку О1 собраны начала обмоток), а другая – на обмотке, соединенной в обратную звезду (в точку О2 собраны концы обмоток). В результате векторы напряжений соответствующих фаз (а1 и а4, b3 и b6, c2 и с5) оказываются в противофазе друг другу, что обусловливает симметричную систему векторов со сдвигом в 2π/6. Векторная диаграмма напряжений приведена на рис. 18, б, а временные диаграммы электромагнитных процессов – на рис. 18, в-и.
Катоды вентилей, объединенные в точку К, образуют положительный вывод системы выпрямленного напряжения. Отрицательный вывод системы образуется средней точкой О уравнительного реактора (УР), который включен между нулевыми точками О1 и О2 звезд и обеспечивает параллельное соединение секций. Такое конструктивное выполнение схемы и определило другое ее название «две обратные звезды с уравнительным реактором».
Выше было доказано, что из всех вентилей в данный момент времени открыт тот, который имеет положительный и максимальный потенциал на аноде. В рассматриваемой схеме должно быть открыто два вентиля, а это возможно достичь, если выровнять потенциалы на их анодах и оставить их большими по сравнению с потенциалами на анодах других вентилей. Эту задачу выполняет уравнительный реактор, конструктивное исполнение которого приведено на рис. 19, а принцип работы его заключается в следующем.
|
|
|
Рис. 18. Шестипульсовая сложная нулевая схема выпрямления
параллельного типа (схема Кюблера), векторная и временные диаграммы
электромагнитных процессов в ней
Если через вентиль, например, VD1, протекает ток, то он обусловит создание магнитного потока Ф1 в сердечнике УР и за счет энергии, затраченной на создание этого потока, напряжение нечетной звезды (фазы а1) уменьшается на величину uур. Магнитный поток Ф1 пересекая витки вторичной обмотки реактора наводит в ней ЭДС, равную uур, которая увеличивает напряжение четной звезды (фазы с2). Это приводит к выравниванию потенциалов фаз а1 и с2. Через вентиль VD2 начнет протекать ток, а обусловленный им магнитный поток Ф2 будет направлен встречно магнитному потоку Ф1. Разность потоков будет обеспечивать выравнивание токов через параллельно включенные вентили VD1 и VD2. Таким образом, ток нагрузки будет протекать одновременно по двум обмоткам двух фаз разных звезд, а продолжительность работы каждого из вентилей λ составит 2π/3 (при отсутствии УР λ = 2π/6). Именно потому, что по обмоткам течет лишь половина тока нагрузки и они работают вдвое большее время, достигается лучшее использование активных материалов трансформатора.
Рис. 19. Конструкция уравнительного реактора
Из схемы ясно, что во внекоммутационный период выпрямленное напряжение между точками К и О равно:
(59)
Таким образом
(60)
т. е. выпрямленное напряжение равно полусумме мгновенных значений напряжений нечетной и четной звезд (рис. 18, в).
С учетом этого определим среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе выпрямителя. Проведем ось y через амплитудное значение пульсации выпрямленного напряжения (рис. 18, в) и рассмотрим эту пульсацию на периоде ее длительности, т. е. на интервале от -π/6 до π/6.
|
|
|
(61)
Или 
Условия работы вентилей определяются процессами, приведенными на рис. 18, г, ж, при этом
(62)
Действующее значение тока вентильной обмотки в соответствии с рис. 18, е определится как
. (63)
На рис. 18, з построена кривая тока сетевой обмотки, которая свидетельствует об уравновешенности магнитной системы трансформатора. Действующее значение тока сетевой обмотки в этом случае равно
(64)
Штрих в обозначении действующего значения сетевого ока означает, что трансформатор принимается приведенным, т. е. кт = 1. Если рассматривать реальный трансформатор, то при определении действующего значения тока сетевой обмотки следует учитывать реальный коэффициент трансформации.
Мощность вентильной (вторичной) обмотки трансформатора будет равна
(65)
Мощность первичной (сетевой) обмотки преобразовательного трансформатора определится как
(66)
Типовая мощность трансформатора без учета УР будет равна 
, а с учетом УР
. (67)
В выражении (67) значение мощности УР 
объясняется следующим. УР попадает под напряжение, равное разности фазных напряжений различных звезд (см. рис. 18, и). Это напряжение (пилообразной формы) имеет утроенную частоту (150 Гц) по сравнению с частотой питающего напряжения. Амплитуда этого напряжения равна 
, а ток, протекающий по ветви УР, равен 
, что и определяет значение 
.
В данной схеме процесс коммутации осуществляется внутри секции, представляющей собой трехпульсовый выпрямитель.
Ранее было получено выражение (46)
С учетом того, что секция коммутирует лишь половину тока нагрузки и принимая m = 3, выражение (46) примет вид
(68)
или
(69)
Для оценки качества электроэнергии, отдаваемой выпрямителем с данной схемой, рассмотрим выражение внешней характеристики (55), полученное ранее. Для этой схемы А = 0,5, поэтому выражение (55) примет вид
. (70)
Внешние характеристики шестипульсовых нулевых схем выпрямления с УР и без УР приведены на рис. 20.
Рис. 20. Внешние характеристики шестипульсовых нулевых
|
|
|
выпрямителей с УР и без УР
Малый наклон характеристики (А = 0,5) – достоинство схемы, однако при токах нагрузки, близких к нулю (Id < Id кр) вследствие того, что УР не намагничен, схема переходит в режим простой нулевой. Для этой схемы кривая выпрямленного напряжения ud огибает вторичные фазные напряжения и среднее значение выпрямленного напряжения Ud0 = 1,35 U2, что обусловливает появление пика напряжения холостого хода во внешней характеристике. Это в свою очередь отрицательно сказывается на работе изоляции РУ 3,3 кВ, тяговой сети и электроподвижного состава. Одновременно с этим увеличивается на 151% и напряжение на вентильном плече, так как UVDmax = 
U2 лин1=1 
U2 ф. При эксплуатации этой схемы на реальных тяговых подстанциях применялись устройства для подавления пика холостого хода – балластные сопротивления и утроители частоты. В 70-е годы прошлого столетия рассмотренная схема применялась на большинстве тяговых подстанций (97 %). В настоящее время 50 % выпрямителей имеют сложную шестипульсовую нулевую схему выпрямления параллельного типа. Особенность схемы – получение шестипульсового напряжения при удовлетворительном использовании трансформатора.
|
|
|
