6.6. СОСТАВНЫЕ МНОГОФАЗНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ

При построении трехфазного мостового выпрямителя на шести вентилях в нагрузке можно получить наибольший ток , выпрямленное напряжение . При использовании наиболее мощных вентилей, выпускаемых промышленностью, можно получить в нагрузке мощность порядка мегаватта. Однако в электротехнике и энергетике требуются выпрямители и зависимые инверторы, мощность которых на несколько порядков выше названной величины, достаточно вспомнить вентильные преобразователи для линий передач постоянного тока.

В преобразователях, рассчитанных на большие токи (на практике — единицы килоампер и выше), применяют параллельное соединение вентилей, а в преобразователях на большие напряжения (единицы киловольт и выше) — последовательное соединение вентилей.

При параллельном соединении вентилей к ним прикладывается одинаковое прямое напряжение. Сопротивления вентилей при прохождении прямого тока имеют значительный разброс, поэтому прямой ток в параллельных ветвях может распределяться неравномерно, что приведет к перегрузке по току и выходу из строя тиристора, имеющего наименьшее сопротивление. Для выравнивания токов в статических и динамических режимах используют индуктивные делители тока, показанные на рис. 6.14, а.

Рис. 6.14. Схемы параллельного (а) и последовательного (б) включения мощных полупроводниковых вентилей

При последовательном соединении тиристоров через все тиристоры протекает один и тот же обратный ток. Сопротивления вентилей в обратном направлении также имеют поэтому обратное напряжение распределится на них неравномерно. Вентиль, имеющий наибольшее сопротивление, примет на себя большую часть напряжения и может быть пробит. Для выравнивания напряжений в статических и динамических режимах используют делители напряжений. Один из вариантов показан на рис. 6.14, б.

Делители тока и напряжения снижают КПД преобразователя за счет потерь в активных элементах. Они не обеспечивают полного выравнивания напряжений и токов, поэтому параметры тиристоров в преобразователе выбираются с большим запасом, что приводит к увеличению числа используемых тиристоров и повышению стоимости поеобразователя.

В области больших мощностей широко применяют параллельное и последовательное подключение к нагрузке нескольких однотипных вентильных комплектов, что позволяет не только получить требуемые напряжение и ток нагрузки, но и добиться ряда преимуществ.

Рассмотрим основные варианты составных преобразователей. Ограничим рассмотрение работой преобразователей при (или работой неуправляемых выпрямителей). Анализ управляемых выпрямителей повторяет результаты, полученные в § .

На рис. 6.15, а показан двойной трехфазный выпрямитель с уравнительным реактором, который состоит из двух трехфазных нулевых выпрямителей, работающих на общую нагрузку.

Рис. 6.15. Двойной трехфазный выпрямитель с уравнительным реактором (а) и временные диаграммы токов и напряжений в выпрямителе (б)

Подключение вторичных обмоток трансформатора по схеме двойной звезды обеспечивает фазовый сдвиг напряжений первого нулевого выпрямителя (V1, V2, V3) относительно напряжения второго нулевого выпрямителя (V4, V5, V6) на 60°. При работе первого нулевого выпрямителя формируется выходное напряжение и ток , форма которых показана на верхней диаграмме на рис. 6.15, б.

На второй сверху диаграмме показана форма напряжения и тока второго нулевого выпрямителя. При построении токов полагали, что . Токи обоих выпрямителей равны: , через нагрузку протекает суммарный ток .

Форма напряжений и их среднее значение также одинаковы, однако эти напряжения сдвинуты относительно друг друга на и их мгновенные значения различны. Разницу мгновенных значений на себя реактор , напряжение на котором показано на рис. . Мгновенное значение напряжения на нагрузке

а его средняя величина

Форма приведена на рис. . Частота пульсации этого напряжения равна . Коэффициент пульсации q, получаемый при постановке в , равен 0,06, т. е. качество выходного напряжения такое же, как и в мостовом трехфазном выпрямителе.

В первичной обмотке трансформатора происходит сложение токов, индуцированных из вторичных обмоток, в результате ток (рис. 6.15, 6) симметричен относительно оси 0, постоянного подмагничивания трансформатора в схеме нет. Двойной трехфазный выпрямитель с уравнительным реактором во многом напоминает мостовой трехфазный выпрямитель, только в нем нулевые вентильные комплекты подключаются к нагрузке не последовательно, а параллельно. Поэтому такой выпрямитель находит широкое при работе на нагрузку, потребляющую большие токи при сравнительно невысоких напряжениях. Наиболее энергоемкие нагрузки этого типа встречаются в электротехнологии.

Составные 12-пульсные выпрямители можно создать при параллельном или последовательном соединений двух мостовых трехфазных выпрямителей (рис. 6.16, а, 6). В выпрямителе по рис. 6.16, а вентильные комплекты подключены к нагрузке последовательно, поэтому на нагрузке равно сумме напряжений двух мостов:

Выходной ток первого моста протекает через нагрузку, а затем замыкается через второй выпрямительный мост, поэтому мгновенные значения токов , также и средние значения токов связаны соотношением .

В выпрямителях рис. 6.16 применяют схемы подключения комплектов через трансформатор с двумя вторичными обмотками, одна из которых соединена в треугольник, а другая в звезду.

Рис. 6,16. Двенадцатипульсные составные выпрямители с последовательным (а) и параллельным (б) включением мостов

Равенство средних значений выходных напряжений обеспечивается выбором числа витков вторичных обмоток, соединенных в звезду и треугольник по соотношению .

Система вторичных напряжений а, , с сдвинута относительно системы вторичных напряжений на угол 30°. Поэтому и выходные напряжения вентильных комплектов сдвинуты на , временные диаграммы этих напряжений приведены на рис. 6.17. При суммировании этих напряжений на нагрузке в схеме рис. 6.16, а получаем напряжение , показанное на рис. 6.17 и имеющее пульсации с частотой Коэффициент пульсации в соответствии с (5.3) при равен , следовательно, качество выходного напряжения лучше, чем у мостовой схемы, рассмотренной в § 6.5. Обратное напряжение на вентилях равно амплитуде линейного напряжения на вторичных обмотках трансформатора, при учете . Схема рис. 6.16, а широко применяется в выпрямителях с высокими значениями выходного напряжения.

При больших значениях выходного тока применяется схема рис. , в которой вентильные мосты подключены к нагрузке параллельно, Через нагрузку протекает сумма токов двух мостов: . Та же зависимость связывает и средние значения токов: .

За счет фазового сдвига на мгновенные значения напряжений не равны (см. рис. 6.17), разница между ними приложена к реактору . Мгновенное значение напряжения на нагрузке показано на рис. 6.17:

Среднее значение напряжения на нагрузке , где — действующее значение фазового напряжения на вторичных обмотках трансформатора. Как и в трехфазном мостовом выпрямителе, в схеме рис. . Качество выходного напряжения в схемах с параллельным и последовательным соединением мостов (рис. 6.16) идентично.

На рис. 6.17 показаны также токи вторичных обмоток обоих комплектов (они имеют одинаковую форму в каждой из схем рис. 6.16). При соединении вторичных обмоток в звезду ток соответствует рис. . Ток в обмотках, соединенных в треугольник, имеет прямоугольную форму, показанную на рис. 6.17 (ток ). В первичную обмотку трансформируется сумма токов обеих вторичных обмоток. Временная диаграмма тока приведена на рис. 6.17; она представляет собой ступенчатую фигуру, больше приближающуюся к синусоиде, чем первичные токи ранее рассмотренных преобразователей.

Рис. 6.17. Временные диаграммы напряжений и токов в двенадцатипульсных выпрямителях

Поэтому -пульсные преобразователи по отношению к сети являются нагрузкой, свойства которой близки к линейной. Преимущества такой формы первичного тока показаны в гл. 7.

Таким образом, в составных -пульсных преобразователях рис. 6.16 достигается не только увеличение мощности, отдаваемой в нагрузку по сравнению с мощностью одного комплекта, но и улучшается гармонический состав выходного напряжения и тока, потребляемого из сети. Эти преимущества обусловили весьма широкое применение составных -импульсных преобразователей в области больших мощностей.

В табл. 6.1 обобщены сведения о вентильных преобразователях различных типов.

Таблица 6.1. Основные показатели выпрямителей (-нагрузка, )