Глава 6 Выпрямительные установки электропоездов переменного тока (1985 год)

Глава 6 Выпрямительные установки электропоездов переменного тока (1985 год)

23. Схемы выпрямления переменного тока

Основными элементами в любой схеме выпрямления являются вентили, которые пропускают ток по электрической цепи только в одном направлении. Вентили могут включаться по различным схемам, в зависимости от этого изменяется форма выпрямленного тока и напряжения. Рассмотрим несколько схем выпрямления при работе выпрямителя на активную нагрузку без учета прямого падения напряжения и обратного тока вентилей, активного сопротивления и индуктивности обмоток трансформатора.

Мгновенное напряжение на выходе выпрямителя и приложенное к нагрузке называют мгновенным выпрямленным напряжением u0. Мгновенный ток, потребляемый нагрузкой, называют мгновенным выпрямленным током i0. Среднее выпрямленное напряжение выпрямителя обозначают U0, а средний выпрямленный ток — I0.

Схема однополупериодного выпрямления.

Схема двухполупернодного выпрямления с нулевым выводом.

положительного напряжения uв. Таким образом, ток и напряжение выпрямляются уже в оба полупериода, но пульсация их остается по-прежнему от нуля до максимального значения (рис. 105, б, в, г, д, е, ж). Величины обратных напряжений на выпрямителях достигают удвоенного максимального фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом. На электроподвижном составе для питания вспомогательных цепей применяют трехфазную схему выпрямления. Простейшей трехфазной схемой выпрямления является трехфазная схема с нулевым выводом (рис. 106, а). Питание трехфазной схемы осуществляется от трехфазной сети через трехфазный трансформатор Т. Вторичные обмотки трансформатора соединены в «звезду». Каждая фаза работает поочередно.

Рис. 104. Схема однополупериодного выпрямителя:
а — схема выпрямления; б — напряжение вторичной обмотки трансформатора; в — выпрямленное напряжение; г — обратное напряжение на вентиле

Рис. 105. Схема двухполупериодного выпрямления с нулевым выводом:

Рис 106. Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом:

Рис. 107. Однофазная мостовая схема:

Время между пульсациями выпрямленного напряжения называют периодом повторяемости.

Однофазная мостовая схема выпрямления. Широкое распространение на электроподвижном составе нашли однофазные мостовые схемы выпрямления. Эти схемы имеют преимущества по сравнению со схемами двухполупериодного выпрямления с нулевым выводом. Благодаря лучшему использованию вторичной обмотки трансформатора в мостовой схеме габариты и масса трансформатора значительно меньше, чем при схеме двухполупериодного выпрямления с нулевым выводом. Мостовая однофазная схема (рис. 107, а) состоит из однофазного трансформатора, вторичная обмотка которого питает вентили, соединенные по мостовой схеме.

Кривые выпрямленного тока и напряжения в мостовой схеме такие же, как и в двухполупериодной схеме с нулевым выводом. Но в мостовой схеме обратное напряжение на вентилях (рис. 107, г) достигает лишь амплитудного значения фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора, т. е. в 2 раза меньше, чем в схеме с нулевым выводом. В этом второе преимущество мостовой схемы.

Рис. 108. Трехфазная мостовая схема:

Рис. 109. Пульсация выпрямленного напряжения и тока

Трехфазная мостовая схема выпрямления. Питание данной схемы происходит через трехфазный трансформатор, вторичные обмотки которого соединены в «звезду». В данной схеме применяются две группы вентилей (рис. 108).

В первую (катодную) группу входят вентили 1, 3 и 5, во вторую (анодную) — 4, 6 и 2. В первой группе ток проводит один из трех вентилей, имеющий в данный момент наибольший положительный потенциал анода, соответственно во второй

Анализируя приведенные схемы, можно сделать вывод, что основными величинами, характеризующими выпрямители, являются среднее значение выпрямленного напряжения и максимальное обратное напряжение на вентилях.

Сглаживание пульсаций выпрямленного тока.

Во всех схемах, рассмотренных выше, мы наблюдаем пульсацию электрического тока, что сказывается на работе аппаратов, питающихся этим током. Однако при включении индуктивности в цепь нагрузки происходит сглаживание пульсаций. На моторных вагонах электропоездов переменного тока пульсирующим выпрямленным напряжением питают тяговые двигатели. Форма и величина тока в этом случае определяются в основном противо-э. д. с. двигателей и индуктивностью цепи выпрямленного тока. Индуктивность тяговых двигателей небольшая, поэтому в их цепи в качестве дополнительной индуктивности включают сглаживающие реакторы.

Рассмотрим процесс сглаживания пульсаций выпрямленного тока за счет наличия в цепи тяговых двигателей индуктивности. Мгновенное значение пульсирующего напряжения выпрямителя u0 (рис. 109) уравновешивается противо-э. д. с. вращения якорей тяговых двигателей eдв, которая может также пульсировать, падением напряжения

На электропоездах переменного тока применяют сглаживающие реакторы СР-800. Пульсации тока, а следовательно, и магнитного потока главных и дополнительных полюсов тягового двигателя вызывают вихревые токи в остове, увеличивающие нагрев обмоток двигателей, и отрицательно сказываются на коммутации тяговых двигателей. Пульсация магнитного потока главных полюсов вызывает также трансформаторную э. д. с. в коммутирующих витках обмоток якоря. Чтобы избавиться от трансформаторной э. д. с. в коммутирующих витках и улучшить коммутацию, уменьшают пульсацию тока возбуждения с помощью активных сопротивлений, включенных параллельно обмотке главных полюсов. При этом постоянная составляющая тока разветвляется обратно пропорционально активным сопротивлениям, а переменная — обратно пропорционально индуктивным сопротивлениям. Поэтому переменная составляющая тока полностью протекает по сопротивлению, включенному параллельно обмотке главных полюсов. Сочетание в работе схемы сглаживающего реактора и шунтировки обмоток главных полюсов активным резистором обеспечивает устойчивую работу тяговых двигателей постоянного тока при пульсирующем напряжении.

Рис. 110. Зависимость индуктивности цепи выпрямленного тока и магнитного потока Ф сглаживающего реактора от выпрямленного тока

Рис. 111. Коммутация тока в однофазной мостовой схеме выпрямления

Коммутация тока в схемах выпрямления. При рассмотрении схем выпрямления мы не принимали во внимание индуктивность трансформатора, т. е. считали ее равной нулю. На самом деле индуктивность существует и она влияет на процесс переключения тока с одного вентиля на другой — на коммутацию тока. В действительных схемах из-за наличия индуктивности обмоток трансформатора мгновенная коммутация невозможна и существует определенный переходный процесс переключения, когда ток в одном вентиле уменьшается, а в другом — увеличивается и одновременно оказываются открытыми два соседних (по порядку включения) вентиля.

Рассмотрим процесс коммутации на примере однофазной мостовой схемы выпрямления (см. рис. 107), принимая, что: активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора и прямые сопротивления вентилей равны нулю; имеется индуктивность обмоток трансформатора; нагрузкой выпрямителя является большая индуктивность. На рис. 111 показаны кривые изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора, выпрямленного напряжения и токов вентилей 1-3 и 2-4. В момент, когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора за рассматриваемый полупериод упадет до нуля, выпрямленный ток будет продолжать протекать в прежнем направлении (через вентили 1-3) благодаря действующей э. д. с. самоиндукции вторичной обмотки трансформатора. Постепенный переход нагрузки с вентилей 1-3 на вентили 2-4 начинается тогда, когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора изменяет свое направление и начинает действовать против тока в этой обмотке. Это и будет коммутацией. В период коммутации напряжение на нагрузке выпрямительной установки равно нулю. Длительность процесса коммутации выражают в угловых единицах и называют углом коммутации у или углом перекрытия.

содержание .. 16 17 18 19 ..