Простая шестипульсовая мостовая схема выпрямления

 (схема Ларионова)

Простая шестипульсовая мостовая схема выпрямления предложена профессором Ларионовым в 1923 г. Схема не предъявляет каких-либо требований к способу соединения обмоток трансформатора. Возможно любое сочетание схем соединения обмоток – как звезды, так и треугольника. Если вторичные обмотки соединены по схеме звезды – схема называется разомкнутого типа, если они соединены по схеме треугольника – замкнутого типа. Очень важно, что преобразовательный трансформатор достаточно прост по конструктивному исполнению и имеет m₁ = m₂ = 3. Вентили в схеме объединены в две группы: катодную и анодную, которые в свою очередь образуют простой шестипульсовый мост.

 

4.2.1. Простая шестипульсовая мостовая схема выпрямления

 разомкнутого типа

Простая шестипульсовая мостовая схема выпрямления разомкнутого типа приведена на рис. 24, а. Как сетевая, так и вентильная обмотки соединены по схеме звезды.

Как уже было выше отмечено, вентили в полупроводниковом мосте соединены в две группы: катодную и анодную. В каждый конкретный момент времени среди вентилей катодной группы (VD1, VD3, VD5) открыт вентиль с максимальным потенциалом на аноде. Порядок открытия этих вентилей показан на рис. 24, б, в. Эти вентили, как электрические ключи, подают в точку К (общий катод моста) потенциалы соответствующих фаз вторичной обмотки (а, b, c). Кривая, определяющая уровень потенциала в точке К, огибает максимальные положительные полуволны синусоид вторичных фазных напряжений (кривая К на рис. 24, б).

Из вентилей анодной группы (VD4, VD6, VD2), имеющих одинаковый потенциал на анодах, в данный момент времени откроется тот, у которого потенциал на катоде будет максимальный по величине и отрицательный по знаку (рис. 24, б). Потенциал общего анода схемы (точка Р на рис. 24, а) будет представлять кривую, огибающую отрицательные участки синусоидальных фазных напряжений (кривая Р на рис. 24, б). Таким образом, в мостовой схеме всегда (при Х_в = 0) открыто два вентиля и ток проходит по двум фазам вторичной обмотки, двум вентилям и нагрузке. Все перечисленные элементы включены в контур протекания тока последовательно и i_VD = i₂ = I_d.

Пару вентилей, находящихся в проводящем состоянии, определить легко – она находится под наибольшим междуфазным (линейным) напряжением. За период питающего напряжения возможно шесть интервалов повторяемости, в каждом из которых открыто два вентиля (рис. 24, в, г).

Из схемы выпрямителя (рис. 24, а) ясно, что мгновенные значения напряжения на нагрузке равны разности потенциалов в точках К и Р. Выше отмечалось, что открытые вентили подключают в эти точки те или иные фазы. Следовательно, кривая выпрямленного напряжения u_d представляет собой разность фазных или линейное напряжение u_d = u_{2 лин}. Кривая u_d имеет шесть пульсаций за период питающего напряжения при амплитуде пульсации равной максимальному линейному напряжению (рис. 24, б).

То обстоятельство, что мостовая схема выпрямляет линейное, а не фазное, как в нулевых схемах, напряжение – обусловливает основные ее достоинства.

Среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе выпрямителя (рис. 24, б) определится так:

,                       (88)

и, соответственно, .

     В этих выражениях проявляются достоинства схемы: имея всего m₂ = 3, получено m = 6 (в нулевых схемах необходимо m₂ = 6) при вдвое меньшем числе витков на фазу (в предыдущих схемах ).

     Условия работы вентилей в этой схеме определяются следующими значениями токов (рис. 24, в, г):

     – максимальное значение тока вентильного плеча I_{VD max} = I_d;

     – среднее значение тока вентильного плеча I_{VD ср} = I_d / 3.

Условия работы вентилей в этой схеме также определяются значением максимального обратного напряжения на вентильном плече. Кривая обратного напряжения на вентильном плече в этой схеме представлена на рис. 24, ж. Максимальное значение обратного напряжения определяется его амплитудой:

U_{VD max} = = 1,045 U_d0.                                 (89)

     Анализ условий работы вентилей показывает, что токовый режим работы вентилей в два раза тяжелее, чем в нулевой шестипульсовой схеме параллельного типа и, следовательно, число параллельных вентилей в вентильном плече в этой схеме будет вдвое больше. Режим напряжения наоборот в два раза легче и требуется вдвое меньшее число последовательно соединенных вентилей. Таким образом, общее число полупроводниковых вентилей в шести вентильных плечах этой схемы будет таким же, что и в других шестипульсовых схемах выпрямления.

Достоинства или недостатки схемы в этих условиях определяются сравнением трансформаторов. Ток вторичной обмотки шестипульсовой мостовой схемы разомкнутого типа (i_a на рис. 24, а) по закону Кирхгофа определится как

i_а + i_VD4 – i_VD1 = 0,                                              (90)

откуда

 i_а = i_VD1 – i_VD4.                                                (91)

Кривая тока вентильной обмотки трансформатора в этой схеме, построенная по выражению (91), приведена на рис. 24, д. Диаграмма тока подчеркивает, что фаза обмотки обтекается током в двух направлениях (в два такта) продолжительностью 4π/3. Это естественно улучшает использование обмоток трансформатора.

     Действующее значение тока вентильной обмотки трансформатора равно:

.                            (92)

     Для рассматриваемой схемы справедливо

                            (93)

     Решение этой системы уравнений с учетом, что , дает  (рис. 24, и). Следовательно

.                                                                    (94)

Мощность вентильной обмотки трансформатора в этой схеме равна:

.                        (95)

Мощность сетевой обмотки трансформатора в этой схеме равна:

.          (96)

Типовая мощность трансформатора равна:

.                                    (97)

Основными достоинствами простой мостовой схемы разомкнутого типа являются:

– имея m₂ = 3, получено m = 6 (в простых и сложных нулевых схемах m₂₁=16) при вдвое меньшем числе витков вентильной обмотки на фазу;

– число полупроводниковых вентилей одного типа то же, что и в нулевых схемах;

– более полно используются вторичные обмотки трансформатора, так как ток протекает в течение 2/3 периода;

– типовая мощность трансформатора меньше, что и определяет преимущество применения мостовой схемы перед нулевыми.

 

 Рис. 24. Шестипульсовая мостовая схема выпрямления разомкнутого типа (схема Ларионова) и временные диаграммы электромагнитных процессов в ней

4.2.2. Простая шестипульсовая мостовая схема выпрямления

 замкнутого типа

 

Шестипульсовая мостовая схема выпрямления замкнутого типа и временные диаграммы электромагнитных процессов в ней приведены на рис. 25.

В схеме замкнутого типа (рис. 25, а) линейные и фазные напряжения равны и поэтому открыта та пара вентилей, которая находится под наибольшим напряжением.

Так, между точками 1 и 2 (рис. 25, б) напряжение u_ab максимально, поэтому открыты вентили VD1 и VD6. Между точками 2 и 3 u_ас максимально, поэтому открыты вентили VD1 и VD2. Дальнейшее чередование работы вентилей показано на диаграммах (рис. 25, б, в, г).

Напряжение на выходе любой простой мостовой схемы – есть огибающая максимальных линейных напряжений.

Выпрямленное напряжение в этой схеме также имеет шесть пульсаций. Среднее значение напряжения его равно

                             (98)

Для получения одинакового значения U_d0 в схемах Y/Δ и Y/Y следует иметь:

.                                           (99)

Для определения фазового тока вторичной обмотки i_2a составим систему уравнений по законам Кирхгофа.

                                (100)

Решение этой системы дает

.                           (101)

     Построенная по данному выражению кривая приведена на рис. 25, е.

 

 

 

 Рис. 25. Шестипульсовая мостовая схема выпрямления замкнутого типа и

временные диаграммы электромагнитных процессов в ней

 

     Действующее значение тока вентильной обмотки трансформатора равно:

.             (102)

     По-прежнему . Для приведенного трансформатора ( = 1) кривая сетевого тока для этой схемы построена на рис. 25, ж.

     Типовая мощность для этой схемы равна

                        (103)

Условия работы вентилей такие же, как и в схеме разомкнутого типа (рис. 25, в, г, з).

Таким образом, трехфазные шестипульсовые мостовые схемы выпрямления как разомкнутого, так и замкнутого типа позволяют получить такой же результат, что и сложные нулевые схемы выпрямления, но используют трансформаторы меньшей мощности (на 25 %) и более простые по конструкции.

 

 

5. Сложные мостовые схемы выпрямления

 

Улучшение качества выпрямленного напряжения и потребляемого из питающей системы тока и, тем самым, повышение технико-экономической эффективности выпрямителей можно достичь применением двенадцатипульсовых схем. Это сложные схемы, являющиеся результатом либо последовательного (рис. 27, а), либо параллельного (рис. 28, а) соединения секций, каждая из которых представляет простую шестипульсовую мостовую схему выпрямления.

Отличие секций в способе соединения вторичных обмоток трансформатора: у одной из них это схема соединения звезды, у другой – треугольник. Из векторных диаграмм вторичных линейных напряжений (рис. 26) ясно, что угол сдвига между линейными напряжениями секций равен π/6. Так как простая мостовая схема выпрямляет линейные напряжения вторичных обмоток, то на выходах отдельных секций сложной схемы будут сформированы шестипульсовые выпрямленные напряжения, сдвинутые друг относительно друга на угол π/6.

Рис. 26. Векторные диаграммы напряжений вторичных обмоток

сложной двенадцатипульсовой схемы выпрямления

Предыдущая123456789Следующая

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: