Файл: Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник.pdf

активной мощности, к действующему значению полного первичного тока

Коэффициентом мощности ртутного выпрямителя на­

где ф — угол сдвига между током и напряжением, зави­ сящий от намагничивающего тока трансформатора, угла коммутации выпрямителя у и угла регулирования а;

При отсутствии сеточного регулирования напряжения а = 0 и величина cos ф имеет максимальное значение, определяемое углом коммутации у0 и реактивной состав­ ляющей тока холостого хода, которая не учитывалась формулой (8-3). При увеличении угла регулирования а величина cos ф значительно уменьшается, вследствие чего сеточное регулирование напряжения применяется в не­ больших пределах (до 5—10%).

Когда требуется широкая регулировка напряжения (например, подъемом напряжения с нуля при запуске электролизных ванн), применяются специальные авто­ трансформаторы типа АТМН с регулировкой напряжения под нагрузкой.

Основные достоинства ртутных выпрямителей, обеспе­ чившие им широкое применение в преобразовательных установках: 1) низкие начальные затраты; 2) высокий к. и. д. при напряжениях выше 250 В; 3) отсутствие вра­ щающихся частей при запаянных вентилях; 4) небольшая масса и отсутствие фундаментов; 5) возможность питания переменным током любого напряжения в пределах 6 -3 5 кВ.

В то же время они имеют недостатки: 1) непригодность для напряжений ниже 220 В; 2) низкий коэффициент мощ­ ности, особенно при сеточном регулировании напряжения; 3) вредное действие паров ртути на персонал при незапаянных вентилях (установка в машинных залах, где имеется персонал, не допускается); 4) необходимость качественного водоснабжения во избежание накипи на кожухах вентилей; 5) генерация высших гармоник в сети

385

переменного тока, для борьбы с которыми усложняются схемы питания вентилей изменением сдвига фаз; 6) воз­ можность обратных зажиганий, или к. з. между анодами.

Особенно вредным является вскрытие вентилей при ремонте, для проведения которого требуются специальные мероприятия по технике безопасности.

в. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Первые полупроводниковые выпрямители, медно-закис- ные (купроксные) применялись в технике слабых токов

ибыли вытеснены селеновыми, как более экономичными

именее подверженными старению. Селеновые выпрями­ тели работают при напряжениях до 220 В в обычных сило­ вых установках и до 80 кВ в установках электрофильтров.

ВСССР в 50-х годах изготовлялись агрегаты с селеновыми выпрямителями на токи до 3 кА, а за рубежом до 100 кА с к. п. д. 94,2%. После появления в 1949 г. теории Шокли

о вентильном действии электронно-дырочного перехода (п — р перехода) была теоретически выяснена возможность создания плоскостных диодов и триодов. Наиболее эффек­ тивными полупроводниками оказались германий и крем­ ний, получаемые с высокой степенью чистоты («до девяти девяток», 1 г примеси на 1 000 т чистого вещества). Добав­ лением ничтожной доли (в пределах до одной миллионной процента) примеси доноров или акцепторов можно полу­ чить область соответственно п или р проводимости.

Хотя кремний широко распространен в земной коре (28%) по сравнению с редким германием, первоначально они применялись оба, поскольку очистка кремния полу­ чалась более сложной и дорогой. В последнее время стои­ мость кремния снижена до стоимости германия, и кремний получил преимущественное применение, поскольку он более устойчив к воздействию температуры.

Вентили из кремния изготовляются на токи до 200 А с воздушным охлаждением и до 1 000 А — с водяным. Германиевые вентили изготовляются на токи до 1 000 А с водяным охлаждением.

Вентили различаются по классам, номера которых показывают сотни вольт допустимой амплитуды обратного напряжения. Например, классу 5 соответствует допусти­ мая амплитуда обратного напряжения 500 В или эффек­ тивное значение 354 В. Наша промышленность выпускает серийно кремниевые вентили до 15-го класса; зарубеж­ ные фирмы рекламируют вентили более высоких классов.

286

Вентили различаются также по группам, обозначенным буквами алфавита в зависимости от падения напряжения в вентиле при полной нагрузке через 0,1 В. Это падение напряжения изменяется у германиевых вентилей в пре­ делах 0,16—0,31 В и у кремниевых от 0,4 до 0,57 В, что послужило основанием применять германиевые вентили для установок с напряжением до 100 В.

В маркировке вентилей буква В означает вентиль, буквы Г или К — германий или кремний, буква В после обозначения материала — водяное охлаждение, цифра — номинальный прямой ток вентиля; цифры и буквы в конце означают класс и группу. Например, ВКВ-500-7А озна­ чают кремниевый вентиль с водяным охлаждением, 500 А, 7-го класса, группы А.

Для мощных выпрямительных агрегатов вентили оди­ наковых классов и групп соединяются последовательно и параллельно, в зависимости от требуемых напряжений

итоков. Вследствие несовпадения характеристик вентилей даже одинаковых классов и групп номинальный ток при параллельном соединении их приходится уменьшать на 20%, а при последовательном соединении для более равно­ мерного распределения напряжений вентили шунтируются активными сопротивлениями или конденсаторами, а иногда одновременно теми и другими, чем обеспечивается одно­ временно защита от перенапряжений.

Вкомплект полупроводниковых преобразователей вхо­ дят трансформатор с первичным напряжением от 220 В до 35 кВ в зависимости от напряжения сети и мощности

иаппаратура для регулирования напряжения, которое может осуществляться:

1) устройством РПН на силовых трансформаторах преобразователя (ступенчатое);

2)дросселями насыщения (плавное в пределах ступени);

3)силовым трансформатором с подмагничиваемым шунтом.

При необходимости регулирования напряжения в ши­ роких пределах (0—100%) применяются добавочные авто­ трансформаторы типа АТМП или АТДГІ со стороны пер­ вичного напряжения.

На рис. 8-10 приведена схема агрегата для электро­ лизных установок с дополнительным автотрансформа­ тором АТДН-12500/35. Преобразовательный агрегат типа ВАК-26000/450 состоит из трансформатора ТДИПВ-25000/35 с четырьмя вторичными обмотками и

287

Дросселями насыщения ДН-6250/К) для тонкого регулиро­ вания напряжения со стороны переменного тока (грубое регулирование осуществляется Р1Ш трансформатора). Вторичные обмотки работают по мостовой схеме на вентилях ВКД-200, собранной в четырех отдельных

Рис. 8-10. Принципиальная схема кремниевого выпрямитель­ ного агрегата ВАК-25000/450.

ИТТ — импульсные трансформаторы тока, посылающие импульс при к. з. на стороне постоянного тока на включение короткозамыкателя КЗ; ПНВ—быстродействующие предохранители для защиты вентилей ВКД-200.

шкафах типа БВК-6250/1 на ток 6 250 А каждый, и дающей в сумме 25 000 А при 450 В с к. п. д. 97%. Питание первичным напряжением 10 или 35 кВ.

Полупроводниковые преобразователи выпускаются за­ водами «Электровыпрямитель» в Саранске, «Преобразо-

288

латель» в Запорожье и ХЭМЗ в Харькове для силовых сетей, гальванических установок, электролизных уста­ новок в химии, металлургии.и др. (см. приложение П-II).

Для замены ртутных выпрямителей выпускается вы­ прямительный мост типа МВЦС-230-2000 (мост выпрями­ тельный для цеховых сетей) , который может быть установ-

тов по 25 кА.

За рубежом выпускаются агрегаты до 75 кА с крем­ ниевыми вентилями. Вентили устанавливаются на кожухе трансформатора (охлаждаются маслом трансформатора) или смонтированы на охлаждаемых циркулирующим маслом полых шинах, расположенных внутри трансфор­ маторного бака вместе с обмотками трансформатора.

Аналогичные конструкции разрабатываются и в СССР.