Привет студент

Автор: mehrubon_v***@mail.ru 

АНАЛИЗ 12-ПУЛЬСНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ С КОЛЬЦЕВОЙ ВЕНТИЛЬНОЙ СХЕМОЙ

Джаборов М.М., Султонов Ш.М., Сафаров М.И.

Аннотация: Проведено исследование 12-пульсного выпрямителя последовательного типа с кольцевой вентильной схемой, анализированы электромагнитные процессы и идентичность режимов работы трансформаторного оборудования для кольцевого выпрямителя с выпрямителем на двух трехфазных мостах, показана возможность использования трансформаторов мостовых схем в выпрямителе с кольцевой схемой при сохранении величины типовой мощности трансформатора.

Ключевые слова: Кольцевая схема, мостовая схема, анализ, векторная диаграмма, модель.

Системы электроснабжения современного электрического транспорта на постоянном токе оснащены преобразовательными комплексами, построенными по известным схемам выпрямления. Наиболее эффективными из них признаны 12-пульсные мостовые выпрямители последовательного и параллельного типа, заменившие на большинстве подстанций 6-пульсные выпрямители, а также – 3-фазный мостовой выпрямитель по схеме Ларионова, применяемый при переходе от 6-пульсных нулевых схем к мостовым. Вместе с тем, представляют интерес некоторые аспекты, связанные с повышением экономической эффективности эксплуатируемых выпрямителей, а также вопросы рационального использования снимаемых с эксплуатации физически и морально устаревших преобразователей.

Объектом настоящего исследования является 12-пульсный выпрямитель с кольцевой вентильной схемой, предлагаемой для замены двух трехфазных мостов в выпрямителе последовательного типа. Свойства кольцевых схем выпрямления, как показал анализ электромагнитных процессов, обусловлены уменьшением мощности потерь в вентилях и материалоемкости вентильной конструкции [1 – 3].

Преобразователь по кольцевой вентильной схеме на рис. 1, а выполнен на одном трехфазном трансформаторе, вторичные обмотки которого соединены по схеме «звезда» и «треугольник» [4].

На рис. 1, а нумерация вентилей соответствует порядку их вступления в работу в соответствии с векторной диаграммой на рис. 1, б. Вентили анодной и катодной групп работают 120 эл. град. за период выпрямленного напряжения, а вентили кольцевой группы работают 90 эл. град. (вентили 2, 5 и 9) и 30 эл. град (вентили 4, 8 и 12).

Рис. 1 – а) принципиальная схема 12-пульсного выпрямителя с кольцевой ВС; б) векторные диаграммы.

Токи трехфазной сети ,  и  по заданным токам нагрузки равно:

Намагничивающую силу трансформатора равно :

Построены диаграммы работы вентильных обмоток трансформатора (рис. 2). По выражению (4) построим кривую намагничивающей силы  в стержне трансформатора (рис. 2), а по выражению (1) – кривую питающего тока, например, фазы «А».

Рис. 2 – Диаграммы работы ТПЧФ 12-пульсного ВА

Как видно из диаграммы, намагничивающая сила оказалась равной нулю, что объясняется тем, что магнитная система предлагаемого преобразователя является уравновешенной.

Типовая мощность трансформатора S_T определяется полу суммой мощностей всех частей его обмоток, первичных  и вторичных  [5]

Углы проводимости вентилей определены в графоаналитическом исследовании [4]. Граф 12-пульсного выпрямителя и схема определения углов проводимости приведены на рис.3, в.

Рис. 3 – Граф и схема определения углов проводимости вентилей в 12-пульсном выпрямителе

В общем случае, для р-пульсных выпрямителей углы проводимости вентилей 6-вентильных колец определяются по следующим формулам:

где αi = Î [1, i_x] номер i-го вентильного кольца при счете от первого уровня питания (на рисунке от верхнего уровня), причем последний номер определен соотношением i_x = (р – 6)/6.

При р = 12 (только одно кольцо и i = 1) три вентиля кольца имеют угол проводимости , а три оставшихся – .

Проведенные исследования дают возможность сформулировать правило, определяющее принадлежность углов проводимости  и . Вентили кольца, имеющие больший угол проводимости, равный , соединяют фазы смежных систем ЭДС с наибольшим фазовым сдвигом, а вентили, имеющие меньший угол проводимости, равный , соединяют фазы смежных систем ЭДС с наименьшим фазовым сдвигом. Так на рис. 3, а фаза а связана с фазой в' вентилем с углом проводимости , а на рис. 3, б фаза а связана вентилем с таким же углом проводимости, но уже с фазой с'. Очевидна зависимость соединений от направления сдвига фаз. За первый источник здесь принят источник, «встречающий» ток нагрузки.

Для вентилей анодных и катодных групп максимальное значение рабочего обратного напряжения равно о.е. Для вентилей колец

 о.е.,

где – действующее значение линейного напряжения симметричной трехфазной системы напряжений вторичных обмоток трансформатора в относительных единицах (1,0 о.е. – амплитуда напряжения вентильной обмотки «звезда»).

В результате анализа алгоритма работы вентилей с использованием углов проводимости вентилей определены анодные токи вентилей и действующие значения токов вентилей. Анодный ток вентилей анодной и катодной групп, имеющих угол проводимости ξ = 120 эл. град.: ; действующее значение тока через эти вентили ; анодный ток вентилей кольцевой группы, имеющих угол проводимости 30 эл. град. ; действующее значение тока через эти вентили ; анодный ток вентилей кольцевой группы, имеющих угол проводимости 90 эл. град. ; действующее значение тока через эти вентили .

Результаты анализа электромагнитных процессов по характеристикам трансформатора и вентилей приведены в таблице 1.

Таблица 1

Расчетные соотношения для трансформатора и вентилей

Анализ электромагнитных процессов показал, что применение кольцевых вентильных схем взамен мостовых в 12-пульсном выпрямителе последовательного типа не приводит к изменению режима работы обмоток, а также изменению показателей качества использования трансформаторного оборудования.

Весьма важно также оценить коммутационные параметры выпрямителя, в первую очередь внешние характеристики, причем сопоставить последние с внешними характеристиками мостовых выпрямителей. При этом, как минимум, внешние характеристики должны наиболее оптимальными своими участками охватывать области номинальных нагрузочных режимов и режимов допустимых перегрузок.

Дополнительно проведена параллельная проверка на компьютерной модели двух преобразователей (рис. 4), с мостовой и кольцевой схем. Параметры трансформаторов с вторичными обмотками, выполненными в каждом трансформаторе по схемам пары фазосмещенных на 30 эл. град. треугольников, заданы одинаковыми, причем выбраны одинаковые анодные индуктивности. Параметры нагрузки при фиксированной индуктивности, изменялись для обоих преобразователей синхронным уменьшением R.

Рис. 4 – Компьютерная модель 12-пульсного выпрямителя с кольцевой и мостовой вентильной схемой

Форма выпрямленного напряжения изменялась для обоих преобразователей идентично, начиная от минимальной, вплоть до максимальной, близкой к КЗ, нагрузки. Некоторые из осциллограмм приведены на рис. 5.

Рис. 5 – Формы напряжений на выходе выпрямителей с мостовой и кольцевой ВС при изменении нагрузки

Из рассмотренного материала можно сделать вывод, что повсеместная замена мостовых схем на кольцевые обоснована не только с экономической точки зрения, но и технически допустима и выполнима на основе трансформаторов существующего 12-фазных преобразователей.

Заключение

Проведено исследование 12-пульсного выпрямителя последовательного типа с кольцевой ВС, показавшие уже на стадии анализа электромагнитных процессов идентичность режимов работы трансформаторного оборудования для данного выпрямителя с выпрямителем на двух трехфазных мостах, что предопределяет возможность использования трансформаторов мостовых схем в выпрямителе с кольцевой схемой при сохранении величины типовой мощности трансформатора. Вместе с тем, режимы работы половины вентилей в кольцевой и мостовой схемах существенно различны, что обуславливает сокращение мощности потерь в кольцевой ВС и повышение ее КПД.

Исследования номинальных и перегрузочных режимов работы 12-пульсных выпрямителей с кольцевыми и мостовыми схем выполнены по одинаковой методике анализа и результаты их показали, что для мостовых и кольцевых схем практически совпадают, не превышая величины падения напряжения на одном вентильном плече.

Список используемых источников доступен в полной версии работы  

Скачать: statja.rar