- системи випрямлення
- схеми випрямлення
- Схема з'єднань трансформатора і потік вимушеного намагнічування
- Шестифазний випрямлення при з'єднанні вторинних обмоток трансформатора в подвійній зигзаг
- Шестифазний випрямлення в схемі з зрівняльним реактором
Незважаючи на широке розповсюдження трифазного струму, в ряді важливих областей техніки не можна обійтися без постійного струму . Це відноситься, наприклад, до електролізним установкам металургійних заводів і електричній тязі.
Порівняно недавно постійний струм отримували від двигунів-генераторів. Сучасним способом отримання постійного струму є безпосереднє випрямлення змінного струму за допомогою напівпровідникових (селенових, германієвих, кремнієвих) випрямлячів.
Перехід від двигунів-генераторів до безпосереднього випрямляння крім конструктивних відмінностей (обертові машини замінені нерухомими апаратами) має важливу особливість. Вона полягає в тому, що у двигуна-генератора ланцюга змінного і постійного струму електрично ізольовані; при безпосередньому випрямленні вони пов'язані, так як вентилі, що утворюють випрямляч, і вторинні обмотки трансформатора безпосередньо з'єднані. Абсолютно ясно, що випрямлений струм не може бути синусоїдальним; він містить не тільки змінну, але і постійну складові (дивіться статтю " Поняття про магнітне рівновазі трансформатора "), Що при деяких схемах випрямлення дуже несприятливо впливає на роботу трансформатора.
З цим складним питанням читачі можуть ознайомитися в книзі Каганова І. Л. "Промислова електроніка", 1968 рік. Тут же в найзагальніших рисах відзначаються основні положення, необхідні для пояснення видів з'єднання трансформаторів, що живлять випрямлячі.
системи випрямлення
Випрямлячі, які перетворюють трифазний струм в постійний, є випрямлячами трифазного струму незалежно від числа фаз вторинної обмотки. Первинна обмотка трансформатора, що живить випрямляч трифазного струму, з'єднується в зірку, трикутник або зигзаг і отримує харчування від мережі трифазного струму. Вторинна обмотка може бути трифазної, шестифазної, двенадцатіфазной, що визначає систему випрямлення; трифазну, шестифазний, двенадцатіфазную і так далі.
Малюнок 1. Загальні властивості систем і схем випрямлення. Криві випрямленої напруги (а); випрямлення однофазного струму по мостовій схемі (б) і за схемою з нульовим виводом (д); випрямлення трифазного струму по мостовій схемі (г) і за схемою з нульовим виводом (в).
На малюнку 1, а зверху вниз зображені криві випрямленої напруги при трифазному (U 3), шестифазний (U 6) і двенадцатіфазном (U 12) випрямленні. Цей малюнок показує тільки характер явищ (а не кількісні співвідношення), ілюструючи наступне:
а) найменші пульсації (хвилястість) виходять при двенадцатіфазном випрямленні, що добре;
б) тривалість анодного струму кожної фази найвища при трифазному випрямленні (t 3> t 6> t 12); з цієї позиції краще трифазне випрямлення;
в) середні значення випрямленої напруги при різних системах випрямлення неоднакові (U 12> U 6> U 3).
схеми випрямлення
Будь-яка система випрямлення може бути здійснена за кількома схемами, серед яких найбільш поширені бруківка (малюнки 1, б і г) і схема з нульовим виводом (малюнки 1, в і д) - її часто називають нульовою схемою. Порівнюючи малюнки 1, б і д, а також малюнки 1, в і г, то зрозуміло, що кількість вентилів в мостових і нульових схемах неоднаково, але це не те розходження, що нас в даному випадку цікавить. Цікавить нас принципова відмінність між мостовими і нульовими схемами полягає в тому, що у перших за первинними і по вторинних обмоток трансформатора проходить чисто змінний струм, що добре 1. У схемах з нульовим виводом по вторинних обмоток трансформатора проходять односпрямовані струми, що створюють односпрямований потік вимушеного намагнічування . Це погано, тому що потік вимушеного намагнічування сильно підвищує індукцію в муздрамтеатрі трансформатора , Аж до його насичення, що збільшує намагнічує струм, порушує магнітне рівновагу в трансформаторі, викликає вищі гармоніки (дивіться статтю " Поняття про магнітне рівновазі трансформатора ").
Схема з'єднань трансформатора і потік вимушеного намагнічування
Характер і величина потоку вимушеного намагнічування визначаються схемою з'єднання обмоток трансформатора і для трифазних схем полягають у наступному:
а) при з'єднанні первинної обмотки в трикутник, а вторинної в зірку в осерді трансформатора виникає незмінний за часом односпрямований потік вимушеного намагнічування;
б) при з'єднанні первинної і вторинної обмоток в зірку потік вимушеного намагнічування однонаправлені, але пульсує, якщо створює його ток змінюється в часі;
в) якщо вторинна або первинна обмотка з'єднана в зигзаг, то потік вимушеного намагнічування відсутня (дивіться пояснення до малюнків 1 і 2, в статті " Схема з'єднання "Зигзаг ").
При з'єднанні первинної обмотки в зірку, а вторинної в шестифазний зірку потік вимушеного намагнічування кожну шосту частину періоду змінює напрямок. Він проходить по всім стержнів вгору (а по повітрю вниз, так як односпрямовані потоки не можуть замкнутися в ярмі), а через 1/6 періоду змінює напрямок, проходячи по всім стержнів вниз, а по повітрю вгору. Потік вимушеного намагнічування має потрійну частоту в порівнянні з частотою мережі живлення і називається однофазним потоком вимушеного намагнічування.
Шестифазний випрямлення при з'єднанні вторинних обмоток трансформатора в подвійній зигзаг
засноване на тому, що при з'єднанні в зигзаг потік вимушеного намагнічування не виникає 2. На кожному стрижні трансформатора розташовані: первинна обмотка A (B, C) і три секції вторинних обмоток x, a, d (y, b, e; z, c , f), які належать різним фазам. Обмотки x, y, z утворюють внутрішню зірку, нейтраль якої є негативним полюсом випрямляча. До вільних кінців внутрішньої зірки приєднані обмотки a, b, c, d, e, f, зовнішні кінці яких живлять вентилі 1 - 6. Загальна точка, в яку з'єднані вентилі, служить позитивним полюсом випрямляча.
Малюнок 2. шестифазний випрямлення в схемі зірка - подвійний зигзаг.
З'єднанням на малюнку 2, а відповідає векторна діаграма (рисунок 2, б) електрорухомий сил (е. д. с.) вторинних обмоток, з якої зрозумілі: послідовність роботи вентилів 1, 2, ..., 6, значення е. д. з. вторинної обмотки E 2 (геометрична різниця е. д. с. секцій різних фаз), тривалість роботи кожного вентиля 60 °.
Шестифазний випрямлення в схемі з зрівняльним реактором
широко поширене завдяки таким позитивним властивостям:
1. Пульсації випрямленої напруги відповідають шестифазний випрямляння. Це значно краще, ніж при трифазному випрямленні, так як хвилястість менше, малюнок 1, а.
2. Тривалість роботи кожного вентиля становить 1/3 періоду 3. Це значно краще, ніж при шестифазний випрямленні (де вентиль працює 1/6 періоду), так як повніше використовуються вторинні обмотки трансформатора і вентилі.
3. Струм, що проходить через кожну вторинну обмотку трансформатора і через кожен вентиль, вдвічі менше, ніж в схемі зірка - подвійний зигзаг (малюнок 2), так як в схемі з зрівняльним реактором (рисунок 3) паралельно працюють два вентиля, а в згаданій схемі вентилі працюють по одному.
4. Однофазний струм вимушеного намагнічування відсутня завдяки тому, що випрямлений струм проходить через дві фази вторинних обмоток, що входять в різні групи 4.
Схема з'єднань трансформатора і вентилів показана на малюнку 3, а. Первинні обмотки, не показані на малюнку 3, а, з'єднані в зірку (Трикутник). Шість вторинних обмоток - по дві на кожному стрижні - утворюють дві групи. У одній з них в нейтраль 0 1 з'єднуються кінці, а початку a, b і c виводяться для приєднання вентилів 1, 3 і 5. В іншої - в нейтраль 0 2 з'єднані початку, а до кінців x, y і z приєднуються вентилі 2, 4 і 6. Між нульовими точками 0 1 і 0 2 зірок включений зрівняльний реактор УР, середня точка якого є негативним полюсом випрямляча. Секції зрівняльного реактора з'єднані зустрічно і розміщені на двухстержневом муздрамтеатрі. Позитивним полюсом випрямляча служить загальна точка, до якої приєднані вентилі 1, 3 і 5 (непарна група), 2, 4 і 6 (парна група).
Малюнок 3. шестифазний випрямлення в схемі з зрівняльним реактором.
На малюнку 3, б суцільними лініями показані фазні напруги u 2a, u 2b і u 2c вторинних обмоток непарної зірки; штрихові лінії зображують фазні напруги u 2x, u 2y і u 2z парної зірки. Крива випрямленої напруги виділена жирною лінією. Вона складається з ділянок (верхівок) синусоид з шестиразовим періодом повторюваності і відповідає режиму роботи, який ілюструє малюнок 3, г. З нього видно, що на початку розгляду процесу паралельно працюють вентилі 5 і 6. Потім протягом часу t 1 паралельно працюють вентилі 6 і 1. Під час t 2 вентиль 1 продовжує роботу, але замість вентиля 6 включається вентиль 2. Далі працюють вентилі 2 і 3 (час t 3), а потім 3 і 4 (t 4) і, нарешті, 4 і 5 (t 5). Після цього все повторюється в тому ж порядку. Словом, в будь-який момент паралельно працюють два вентиля, а для цього необхідно не тільки приєднати їх відповідним чином, але і вирівняти миттєві значення напруг в ланцюгах паралельно працюють вентилів. Саме для цього служить, зрівняльний реактор. Розглянемо його роботу.
Припустимо, паралельно працюють вентилі 6 і 1. Різниця миттєвих значень фазних напруг u 2y і u 2a визначається вертикальними лініями (координатами) u K (рисунок 3, б) і наводиться в двох послідовно з'єднаних секціях зрівняльного реактора УР.
Секції зрівняльного реактора однакові. Тому напруги u к1 = u к2 = ½ u до за величиною рівні, але по відношенню до його середнього висновку вони мають різні знаки. Отже, u к2 (в нашому прикладі) додається до фазній напрузі u 2a (вентиль 1), але віднімається з фазної напруги u 2y (вентиль 6). В результаті напруги вирівнюються (звідси і назва - зрівняльний реактор), що забезпечує паралельну роботу двох вентилів. Характер зміни напруги на зрівняльний реакторі показаний на малюнку 3, ст. Порівнюючи його з малюнком 3, б, легко бачити, що частота в зрівняльний реакторі в 3 рази більше частоти мережі живлення (порівняємо тривалість періодів T / 3 і T).
Для роботи зрівняльного реактора потрібно, щоб його магнітопровід був намагнічений, а для цього достатньо, щоб струм, що проходить через одну з його секцій, досяг приблизно 1% струму навантаження однієї з вторинних ланцюгів 5. Якщо навантаження менше 1%, то зрівняльний реактор не працює . У цьому випадку замість подвійного трифазного режиму 6 випрямляч працює, як звичайний шестифазний, а напруга замість U '2макс підвищується на 13 - 15%, досягаючи значення U 2макс. Таке підвищення напруги далеко не завжди допустимо 7, тому або створюють балластную навантаження приблизно 1% (але це невигідно при значних потужностях), або штучно подмагничивающего зрівняльний реактор струмом потрійний частоти. З цією метою до зрівняльного реактора приєднують вторинну обмотку утроітеля частоти , Принцип дії якого розглядається в статті " Розімкнутий трикутник. відкритий трикутник ".
1 На рис. 1, б ясно видно, що протягом одного напівперіоду струм проходить в напрямку зелених стрілок через вентилі 1 і 2. В іншій напівперіод напрямок струму через вентилі 3 і 4 вказано червоними стрілками. У трифазною схемою на рис. 1, г в позитивний напівперіод фази А струм проходить через вентилі 6, 7 і 9 (червоні стрілки). В позитивний напівперіод фази В напрямок струму показують зелені стрілки. Зверніть увагу на протилежний зміст зелених і червоних стрілок у вторинних обмоток трансформатора.
2 Струм проходить одночасно за двома секціями вторинних обмоток, розташованим на різних стрижнях, чому відповідає симетричне проходження струму по двом первинним обмоткам, розташованим на тих же стрижнях. Завдяки цьому м. Д. С. на кожному з стрижнів врівноважені.
3 Наведені тут величини (1/3, 1/6 періоду і так далі) відповідають ідеалізованої картині.
4 Одна група обмоток з'єднана в зірку началами, а інша кінцями. Значить, струми у вторинних обмотках однієї фази мають протилежні напрямки.
5 Струм навантаження завжди проходить через зрівняльний реактор, що чітко видно з рис. 3, а.
6 Режим називається подвійним трифазним, так як працюють дві трифазні групи обмоток, причому кожна вторинна обмотка працює 1/3 періоду, тобто стільки ж, скільки при трифазному випрямленні.
7 Вночі мережі трамвая і тролейбуса майже не навантажені, але включено освітлення вагонів, а для ламп розжарювання підвищення напруги різко скорочує термін їх служби.
Джерело: Камінський Є. А., "Зірка, трикутник, зигзаг" - 4-е видання, перероблене - Москва: Енергія, 1977 - 104с.