6.4. ТРЕХФАЗНЫЙ НУЛЕВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Применение многофазных выпрямителей позволяет:

1) создать равномерную нагрузку на все три фазы сети;

2) уменьшить пульсацию выпрямленного напряжения;

3) уменьшить расчетную мощность трансформатора;

4) повысить коэффициент мощности (см. гл. 7).

На рис. 6.9, а приведена трехфазная нулевая схема выпрямления. При ее выполнении на тиристорах получается управляемый выпрямитель, при замене тиристоров на диоды — неуправляемый. Нагрузка включается между нулем звезды, образованной вторичными обмотками трансформатора и катодами вентилей. Будем рассматривать наиболее характерный для мощных преобразователей режим работы на активно-индуктивную нагрузку, при этом предположим, что индуктивность велика .

На рис. 6.9, б приведена трехфазная система вторичных напряжений . Кривые вторичных напряжений определяют изменение потенциалов анодов вентилей, подключенных к этим фазам, относительно нулевой точки звезды . На временных диаграммах представлен режим работы выпрямителя при (или работа неуправляемого

Рис. 6.9. Трехфазнын нулевой выпрямитель (а) и временные диаграммы токов и напряжений при выпрямителя). Трансформатор и тиристор полагаем идеальными.

Моменты , соответствующие точкам пересечения двух синусоид вторичных напряжений, являются моментами естественного отпирания. Пусть в момент подан положительный управляющий импульс на тиристор V1, при его отпирании пойдет ток и на нагрузке установится напряжение . Если выпрямитель выполнен на диодах, диод V1, подключенный к фазе , откроется в момент 0 автоматически, так как в этот момент потенциал его анода станет выше, чем потенциалы анодов . Потенциал катода проводящего тиристора V1 (и всех других вентилей) относительно нулевой точки звезды -Следовательно, к катодам всех тиристоров приложено наиболее положительное напряжение и тиристоры V2 и V3 на интервале заперты.

В момент наиболее положительным становится вторичное напряжение и отпирается диод V2 или, если — тиристор, то на него в момент подается управляющий импульс. При отпирании , этим потенциалом на катоде надежно запираются V1 и . В момент 03 появляется возможность отпереть V3 и на нагрузке устанавливается . Таким образом, в каждый момент проводит тиристор, потенциал анода которого наиболее положителен, в точках естественного отпирания происходит переход тока с одного вентиля на другой. Напряжение представляет собой кривую, образованную из отрезков синусоид фазных напряжений, имеющих на данном интервале наиболее положительный потенциал. Кривая пульсирует с периодом в 3 раза меньшим, чем период частоты сети, частота пульсации . Коэффициент пульсации напряжения q может быть найден по формуле (5.3) при подстановке получаем . Пульсация выходного напряжения в трехфазных выпрямителях меньше, чем в однофазных, а частота пульсации выше, что позволяет сгладить пульсацию фильтром с меньшей мощностью реактивных элементов.

Определим полезный эффект выпрямления — среднее значение выходной ЭДС за период пульсации. В показанной на рис. 6.9 системе координат период пульсации заключен в пределах . Амплитуда , тогда

При большой индуктивности в цепи нагрузки ток нагрузки хорошо сглажен , а токи вентилей и вторичных обмоток имеют вид прямоугольных импульсов с амплитудой и длительностью . Для выбора тиристора по току находим среднее значение тока за период:

Для выбора тиристора по напряжению найдем обратное напряжение. На неработающем тиристоре (например, на V2 при открытом V1) потенциал анода , потенциал катода напряжение на вентиле .

Таким образом, к неработающему вентилю приложено линейное напряжение и его максимальное значение равно [с учетом (6.6)]

Ток вторичной обмотки трансформатора имеет постоянную составляющую, определяемую (6.7). Постоянная составляющая не трансформируется в первичную обмотку, поэтому ток первичной обмотки (рис. 6.9, б) определяется

где — коэффициент трансформации.

Наличие постоянной составляющей во вторичных токах трансформатора приводит к подмагничиванию его магнитопровода, из-за чего увеличивается намагничивающий ток. Это препятствует применению трехфазных нулевых выпрямителей в мощных установках, однако они находят широкое применение как составная часть более сложных выпрямителей (см. § 6.5, 6.6).

Как уже отмечалось, рассмотренный режим работы, иллюстрируемый диаграммами на рис. 6.9, б, в случае выпрямителя на тиристорах соответствует нулевому значению угла управления .

При подаче управляющих импульсов на тиристоры схемы рис. 6.9, а с задержкой относительно моментов естественного отпирания на угол а появляется возможность регулировать среднее значение выходного напряжения . Как и раньше, при работе V1 , при включении , при работе V3 . В режиме непрерывного тока нагрузки и напряжение на нагрузке в каждый момент времени соответствует ЭДС одной из фаз трансформатора (временные диаграммы при различных углах управления приведены на рис. 6.10).

Рис. 6.10. Временные диаграммы напряжения в трехфазном нулевом управляемом выпрямителе и зависимом инверторе (режим непрерывного тока)

Среднее значение выходного напряжения при в режиме непрерывного тока

где — выпрямленное напряжение при .

Последнее выражение идентично (6.2): в режиме непрерывного тока регулировочная характеристика выпрямителя имеет косинусоидальный характер независимо от числа фаз выпрямителя.

Рассмотрение диаграмм рис. 6.9 позволяет заключить:

1) отрицательные участки в кривой появляются при , поэтому при режим прерывистого тока невозможен при любой (в том числе активной) нагрузке;

2) при , как и в однофазном выпрямителе, возможен инверторный режим, если в цепь постоянного тока будет введен источник энергии, полярность которого противоположна полярности напряжения рассмотренного выше выпрямителя.