Файл: Маринов, И. А. Устройство и эксплуатация преобразовательных подстанций городского электротранспорта учеб. пособие.pdf

ние напряжения первичной обмотки к напряжению одной фазы вто­ ричной обмотки;

расчетной мощностью вторичной обмотки трансформатора

Рг = 2ЕгЬ = 1,74/Д,

где Pd — мощность на стороне выпрямленного тока; расчетной мощностью первичной обмотки трансформатора

Pi = UJi = 1,23/Д,

расчетной (типовой) мощностью трансформатора

Р* = P if .Pl . = 1,48Pd.

Для мостовой схемы применяется трансформатор с одной вто­ ричной обмоткой, к которой подключается выпрямительный мост из четырех вентилей (см. рис. 101). По этой схеме в течение одного полу-периода ток пропускает одна пара вентилей, для которых этот полу-период является положительным (направление тока показано сплошными стрелками). Эта пара вентилей включается в противо­ положные плечи моста. В течение следующего полупериода ток пропускает другая пара вентилей, для которых этот лолупериод по­ ложителен (пунктирные стрелки). По нагрузочному сопротивлению ток в обоих случаях протекает в одном и том же направлении.

Величина обратного напряжения на вентиле в непроводящую часть периода при мостовой схеме в два раза меньше, чем в схе­ ме со средней точкой, так как вентиль, не пропускающий в данный полупериод тока, оказывается присоединенным к вторичной обмот­ ке трансформатора через другой работающий вентиль.

Обратное напряжение при мостовой схеме

Кроме того, в мостовой схеме может быть применен трансфор­ матор меньшей мощности

Р1 = Р2 = Р ч = 1,23Pd.

Соотношения между выпрямленным напряжением и током и на­ пряжением и током трансформатора при мостовой схеме такие же, как и при схеме со средней точкой.

Достоинством схемы со средней точкой является уменьшение необходимого количества вентилей вдвое по сравнению с мостовой схемой.

Для выпрямления трехфазного переменного тока в основном применяются следующие схемы: трехфазного выпрямления с нуле­ вым выводом, мостовая и шестифазного выпрямления с нулевым выводом.

140

Выбор схемы и количества фаз вторичной обмотки трансформа­ тора, питающего вентили, производится с учетом необходимости высокой степени использования обмоток трансформатора в отноше­ нии мощности, отдаваемой ими в цепь выпрямленного тока; допус­ тимого уровня обратного напряжения на вентиле; режима загруз­ ки вентилей; обеспечения минимальной пульсации выпрямленного напряжения и тока, что очень важно для устройств электрической тяги; минимального числа и величины высших гармонических сос­ тавляющих в цепи переменного тока и в цепи выпрямленного тока.

Гармонические составляющие — это синусоидальные токи, име­ ющие частоту, кратную основной частоте сети. В промышленных сетях и энергосистемах 1-я гармоническая — основная — имеет час­ тоту 50 гц, 2-я гармоническая — 100 гц, 3-я гармоническая —

150 гц и т. д.

Вследствие пульсации выпрямленного напряжения оно содер­ жит переменную составляющую, которую можно рассматривать как сумму бесконечного ряда гармонических составляющих. В це­ пи переменного тока гармонические составляющие появляются вследствие нарушения синусоидальности кривой переменного тока из-за пульсации выпрямленного тока.

Гармонические составляющие повышенной частоты создают по­ мехи для линий связи и вызывают опасные напряжения на подвиж­ ном составе.

С точки зрения использования обмоток трансформаторов на­ илучшими являются трехфазные схемы выпрямления.

У шестифазной схемы уровень использования обмоток гораздо ниже вследствие того, что ток протекает по аноду, а следовательно, и по обмотке в течение 1/6 части периода. Поэтому при использова­ нии шестифазной схемы выпрямления стремятся увеличить продол­ жительность протекания анодных токов.

Рассмотрим трехфазную схему выпрямления трехфазного пере­ менного тока с нулевым выводом (рис. 102).

Втечение трети периода напряжение одной фазы по отношению

кнулю и к катодам вентилей выше напряжения других. В это вре­

мя ток проходит главным образом через вентиль, присоединенный

кэтой фазе. Переход тока от одного вентиля к другому происходит

вмомент пересечения положительных полуволн напряжения (точ­ ки k), т. е. в момент, когда напряжение на работающем вентиле снижается, а напряжение на неработающем — возрастает. Таким образом, ток в каждом вентиле и, следовательно, в каждой фазе вторичной обмотки трансформатора протекает в течение 7з перио­ да. По нагрузке, которая включается между катодом вентилей и нулевым выводом трансформатора, протекает суммарный ток всех трех вентилей.

Среднее значение выпрямленного тока за период представляет собой сумму средних значений токов, протекающих через вентили всех трех фаз (в течение периода)

U = 3 1а.

141

Максимальное значение тока, протекающего через вентиль

Лг макс — 1>211d == 3 ,63/ а -

Среднее значение выпрямленного напряжения

Ud = \,17Е2.

Максимальное значение обратного напряжения

Рис. 102. Вы прямление трехф азного переменного тока по схеме с нулевым вы во­ дом :

а — схема, б — график

Действующий ток вторичной обмотки трансформатора (без уче­ та пульсации)

/2 = А

Уз

Ток первичной обмотки трансформатора (также без учета пуль­ сации)

/i = 113k Id,

где k — коэффициент трансформации.

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора

Р г = 1,48Лп Расчетная мощность первичной обмотки трансформатора

P i = 1 ,2 1 Л г.

142

Расчетная мощность трансформатора

1.345Л,.

В трехфазной мостовой схеме (рис. 103) аноды трех вентилей (1—3—5) подключаются непосредственно к выводам фаз вторич­ ной обмотки, а их катоды соединяются вместе и представляют со-бой

Рис. 103. Вы прямление трехф азного переменного тока по мостовой схеме:

а — схема, б — график

положительный полюс выпрямленного тока. Три других вентиля (2—4—6) подключаются своими катодами к выводам фаз вторич­ ной обмотки трансформатора, а их аноды соединяются вместе и представляют собой отрицательный полюс выпрямленного тока.

Вентили 1—3—5 работают так же, как и вентили в схеме с ну­ левым выводом, т. е. каждый из этих вентилей пропускает ток в ту треть периода, когда его анод имеет наиболее высокий потенциал по отношению к катоду.

Аноды другой группы вентилей (2—4—6) имеют все время оди­ наковый потенциал, так как они связаны между собой, и каждый из этих вентилей пропускает ток (в ту треть периода, когда его ка­ тод имеет больший отрицательный потенциал.

При мостовой схеме в каждый данный момент работают два вен­ тиля — один из нечетной группы, другой из четной. Как видно из

143

кривой рис. 103, выпрямленное напряжение имеет шестифазную пульсацию, т. е. меньшую, чем при схеме трехфазного выпрямления с нулевым выводом. При этом амплитудные значения напряжений гармонических составляющих тоже меньше.

Среднее значение выпрямленного напряжения при мостовой схеме: при соединении вторичной обмотки трансформатора в звезду Ud= 2,34 Е2ф, при соединении в треугольник t/d —1,35 Е2п, где Е2ф — фазное напряжение, а Е2л — линейное напряжение вторичной об­ мотки трансформатора. Следовательно, для получения выпрямлен­ ного напряжения такой же величины, как и при схеме с нулевым выводом, требуется более низкое напряжение переменного тока.

Среднее значение тока, протекающего через вентиль

Максимальное значение тока, протекающего через вентиль

Ух макс ==: Id. макс :== 1,045/d = 3,14/а.

Максимальное значение обратного напряжения при мостовой схеме

IIь макс — 1,045170! — У 3 • У 2 Е2.

Действующий ток вторичной обмотки трансформатора (без уче­ та пульсации)

Отношение токов первичной и вторичной обмоток определяется коэффициентом трансформации

кУЗ к

■Расчетная мощность обмоток трансформатора одинакова для обеих обмоток, т. е.

Pi = P2 = 1,045Pd,

следовательно, полная мощность трансформатора будет

Р т = 1,045/Д.

Как видно на рис. 103 и из формул соотношений токов, мощно­ стей и напряжений, трехфазное выпрямление по мостовой схеме имеет следующие преимущества перед схемой с нулевым выводом:

меньшую пульсацию выпрямленного тока (частота первой гар­ монической составляющей при мостовой схеме 300 гц, при схеме с нулевым выводом — 150 гц. Амплитудное значение напряжения со­ ставляющей 150 гц равно 0,25 Ud, а при частоте 300 гц — 0,057 Ud, т. е. в четыре с лишним раза меньше).

144