Преобразование электроэнергии. Схемы выпрямления. Принцип действия и основные соотношения. Сложные нулевые схемы выпрямления. Теория работы мостовых схем выпрямления, страница 5

I_{v max}, I_{v ср.} – максимальный и средний токи вентильного плеча, выраженные через ток нагрузки I_dном;

U_{v max} - максимальное значение обратного напряжения, определяемое через U_d0 (U₂).

Эти параметры позволяют выбрать тип вентиля и рассчитать число параллельно и последовательно соединенных вентилей в плече.

Условия работы трансформатора в схеме выпрямителя определяются следующими параметрами:

I₂, I₁ – действующие (эффективные) значения токов в вентильной (вторичной) и сетевой (первичной) обмотках трансформатора, выраженные через I_dном;

U₂, U₁ – действующие значения фазных напряжений на этих обмотках, полученные в виде функции от U_d0;

m₂ – число фаз вентильной обмотки;

S₁, S₂ – мощности соответственно сетевой и вентильной обмоток

                                                                                     (1)

                                             (2)

S_тип – типовая (расчетная) мощность трансформатора, по которой характеризуется расход электротехнических материалов, габариты и вес трансформатора.

В общем случае эта мощность определяется из выражения:

                                            ,                                         (3)

где  – мощность уравнительного реактора в сложных схемах параллельного типа;

к_т – коэффициент трансформации трансформатора, определяемый из выражения

                                                   к_т = ,               (4)

где и – числа витков в сетевой и вентильной обмотках трансформатора соответственно.

Вследствие сложности математического анализа электромагнитных процессов в цепях выпрямителей обычно принимают ряд допущений:

– вентили принимаются идеальными (сопротивление вентиля при приложении обратного напряжения равно бесконечности и, следовательно, обратный ток i_{v обр.} = 0; прямое падение напряжения на вентиле принимается постоянным);

– активное сопротивление обмоток трансформатора не учитывается;

– питающее напряжение симметрично и синусоидально;

– нагрузка на выпрямитель имеет бесконечно большое индуктивное сопротивление (X_d = ∞), что обусловливает абсолютное сглаживание выпрямленного тока. Режим X_d = ∞ определяется индуктивными сопротивлениями тяговых двигателей электроподвижного состава, контактной сети и сглаживающих реакторов, у которых активное сопротивление несоизмеримо меньше индуктивного.

Основными эксплуатационными характеристиками выпрямителя являются:

– внешняя характеристика, то есть зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки U_d = f(I_d);

– характеристики КПД (η) и коэффициента мощности (χ);

– качество сетевого тока;

– качество выпрямленного напряжения.

Сравнение этих характеристик в совокупности с числом вентилей и типовой мощностью трансформатора позволяет определить технико-экономическую эффективность схем выпрямления и выбрать оптимальную из них.

2.3. 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 X_в = 0, а индуктивное сопротивление нагрузки X_d = ∞.

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