Трехфазная схема с нулевым выводом.

В этой схеме используется трехфазный трансформатор, вторичная обмотка которого включена по схеме "звезда с нулевым выводом" (рис. 24, а).Вентили VI - V3 включают в цепь каждой фазы вторичной обмотки трансформатора, а нагрузку - между точкой К, соединяющей катоды вентилей (общий схемы), и нулевой точкой О вторичной обмотки трансформатора.

Работа каждой фазы происходит поочередно. Ток проходит всегда через тот вентиль, анод которого в данный момент времени имеет наибо­лее высокий положительный потенциал. При изменении потенциалов на диодах вентилей ток соответственно переходит с одного вентиля на дру­гой. Например, при включении выпрямителя под напряжение в момент времени t₀ (рис. 24, б) фаза a имеет более высокий потенциал, чем фа­зы b и с, так как э.д.с. е_ao положительна и возрастает; э. д. с. е_bo - отри­цательна, а э.д.с. е_co, становится меньше, чем е_ao. Поэтому ток начинает протекать через вентиль VI и нагрузку к нулевой точке О. Через вентиль V1 ток будет протекать до тех пор, пока в момент времени t₁ э.д.с. е_bo фазы b не станет больше э.д.с. е_ao.

В этом случае к аноду вентиля V2 будет приложен положительный потенциал относительно общего като­да, и он откроется. При открытии вентиля V2 катод его получает потен­циал анода. Следовательно, потенциал общей точки К оказывается боль­ше потенциала анода вентиля VI, и на этот вентиль подается напряжение обратной полярности. В результате этого вентиль VI закрывается, и вы­прямленный ток проходит от фазы b через вентиль V2 и нагрузку к точке О. Так продолжается до момента времени t₂, т. е. до открытия венти­ля V3. Таким образом, в данной схеме ток через каждый вентиль прохо­дит только в течение одной трети периода (рис. 24, г, д, е).

рис. 24. Выпрямитель по трехфазной схеме с нулевым выводом (а) и кривые изме­нения э.д.с„ напряжения и токов (б-ж)

Две третьих периода вентиль закрыт обратным напряжением, поэтому средний ток, проходящий через вентиль, равен одной трети нагрузки.

Через нагрузку R_Н проходит выпрямленный ток все время в одномнаправлении: от точки К к точке О. Этот ток пульсирует три раза в течение периода Т (рис. 24, ж).

Кривая выпрямленного напряжения (рис. 24, в) представляет собой огибающую положительных полуволн фазных напряжений вторичной обмотки трансформатора (см. рис. 24, б). Следовательно, пульсация напряжения в данной схеме оказывается значительно меньшей, чем при выпрямлении однофазного тока.

Форма токов, проходящих в цепи нагрузки при отсутствии сглаживающего реактора, показана на рис. 24, ж. При включении в цепь выпрямленного тока катушки индуктивности пульсация выпрямленного тока будет уменьшаться. Форма токов, пpoxодящих через отдельные вентили и через нагрузку при идеальном сглаживании форма токов будет приближена к прямой. Трехфазную схему с нулевым выводом применяют только в выпрямителях небольшой мощности.

При больших мощностях габариты и масса трансформатора получаются большими, чем при трехфазной мостовой схеме, из-за возникновения в нем дополнительного потока вынужденного намагничивания. Объясняется это тем, что в рассматриваемой схеме в фазах вторичной обмотки трансформатора токи протекают в одном направлении толы течение трети периода изменения питающего напряжения, а в фазах первичной обмотки - в течение всего периода. Так как в трехфазном трансформаторе одноименные фазы первичной и вторичной обмоток расположены на одних и тех же стержнях, то это приводит к нарушению равновесия в стержнях магнитодвижущих сил первичной и вторичной обмоток и возникновению некоторого дополнительного постоянного потока, называемого потоком вынужденного намагничивания. Появление такого потока характерно для всех схем с нулевым выводом. его устранения в трехфазных трансформаторах применяют схему соединения вторичной обмотки в "зигзаг", в однофазных каждую фазу вторичной обмотки разделяют на две части и размещаютих на двух стержнях. При использовании мостовых схем поток вынуждена) намагничивания не возникает, так как по фазам вторичной обмотки трансформатора токи протекают в оба полупериода.

Трехфазная мостовая схема. Эту схему часто называют схемой Ларионова по имени ученого, впервые предложившего ее. Схема состоит из двух групп вентилей (рис. 25, а): анодной VI, V3, V5 и катодной V2, V4, V6. Группы получили такое название по общему электроду их вентилей; в анодной группе общим является анод А, в катодной - катод К.

В катодной группе ток всегда проходит через тот вентиль, анод которого в данный момент времени имеет наибольший положительный потенциал, а в анодной группе - через вентиль, катод которого имеет наибольший отрицательный потенциал. Например, в момент времени t₀

рис. 25. Выпрямитель по трехфазной мостовой схеме {а} и кривые изменения на- пряжения и токов (б-г)

наибольшую положительную э.д.с. е_ao имеет фаза а, а наибольшую отрицательную е_bo - фаза b (рис. 25, б). Поэтому ток проходит от фа­зы а через вентиль V2, нагрузку и вентиль V3 к фазе b. Через вентиль V3 ток будет протекать до тех пор, пока отрицательный потенциал на его катоде будет больше, чем на катодах вентилей VI и V5. В момент вре-мени t₁, отрицательная э.д.с. е_cp фазы с становится больше, чем э.д.с. е_bo. В результате этого вентиль V3 закроется и включится в работу вентиль V5; ток при этом будет протекать от фазы а к фазе с. В момент времени t₂ положительная э.д.с. е_ao, подаваемая на анод вентиля V2, станет меньше э.д.с. е_bo, подаваемой на вентиль V4. В этот момент закроется вентиль V2 и вступит в работу вентиль V4, соединяя фазу b через на­грузку сначала с фазой с, а затем в момент времени t₃, когда включается в работу вентиль VI, - с фазой а. На рис. 25, в показана диаграмма распределения тока по вентилям мостовой схемы за один период Т изменения переменного напряжения.

Любая пара вентилей анодной и катодной групп работает совмест­но 1/6 периода, т. е. выпрямленное напряжение пульсирует шесть раз за один период (рис. 25, г).

При выпрямлении трехфазного тока коэффициент пульсации на­пряжения составляет для схемы "трехфазная звезда с нулевым выво­дом" 25 %, для мостовой схемы — 5,7 %. Частота первой гармоники в первой схеме равна 150 Гц, а во второй — 300 Гц.

Обратное напряжение, действующее на вентили, в трехфазной мостовой схеме, также невелико и равно приблизительно среднему выпрямленному напряжению.

Трехфазная мостовая схема благодаря своей простоте, хорошему использованию обмоток трансформатора, низкой пульсации тока нашла широкое применение на тяговых подстанциях с полупроводниковыми выпрямителями, в деповских установках для ввода в депо и передвижения электровозов, для зарядки аккумуляторных батарей и других нужд.

Шестифазная схема выпрямления «две обратные звезды с ypaвнительным реактором”. В этой схеме удвоение числа фаз напряжения, подаваемого на вентили от трансформатора, осуществляется соединением вторичных обмоток трансформатора в две обратные звезды. Выпрямитель, собранный по такой схеме (рис. 26, а), состоит из двух трехфазных групп, работающих каждая, подобно трехфазной схеме с нулевым выводом. Вентили одной группы V1, VЗ и V5 присоединены к обмоткам трансформатора О₁, — а₁, О₁, — б₁, и О₁ — с₁, образующим прямую звезду, вентили другой группы V2, V4 и V6 — к обмоткам О₂, — а₂, О₂, — б₂, и О₂ — с₂, расположенным на тех же стержнях трансформатора и образующим обратную звезду. Э.д.с., индуцируемые в обмотках обратной звезды сдвинуты на 180° относительно э.д.с. в соответствующих обмотках прямой звезды, в результате, чего на смежные вентили VI -V6 будут подаваться напряжения, сдвинутые на 60°.

Рис. 26 выпрямитель по схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором» (а), кривые изменения э.д.с., напряжения и тока (б-д).

Если бы указанные группы вентилей работали независимо друг от друга на раздельные нагрузки, то выпрямленное напряжение имело бы трехфазную пульсацию (рис. 26, б и в). При работе на общую нагрузку кривые выпрямленного напряжения накладываются друг на друга, и на выходе преобразователя выпрямленное напряжение имеет шестифазную пульсацию. Поскольку мгновенные значения напряжений обеих paботающих выпрямительных групп не равны (напряжения сдвинуты по фазе), то для обеспечения параллельной работы между группами включается уравнительный реактор УР (см. рис. 26, а), выполняемый в виде реактора со стальным сердечником и средней выведенной точкой О. Реактор принимает на себя разность мгновенных значений напряжений (рис.26, г) и делит ее пополам. При этом мгновенное значение выпрямленного напряжения и определяется полусуммой фазных э.д.с., прямой и звезды. В любой момент времени выпрямленный ток делится междудвумя выпрямительными группами поровну и поэтому через каждый вентиль в среднем проходит в 2 раза меньший ток, чем через вентиль в трехфазной схеме с нулевым выводом. Среднее выпрямленное напряже­ние имеет то же значение, что и в трехфазной схеме с нулевым выводом при протекании выпрямленного тока I_d, через нагрузку R_H по обеим полуобмоткам уравнительного реактора УР одновременно протекают токи I_d /2. Они направлены встречно, вследствие чего магнитные потоки, создаваемые ими в сердечнике катушки, взаимно компенсируются. Кроме этих токов, через уравнительный реактор под действием разности мгновенных напряжений обеих вентильных групп проходит переменный ток намагничивания i_K (рис. 26, д), изменяющийся с частотой 150 Гц к не зависящий от тока нагрузки. В каждый момент времени этот ток складывается с выпрямленным током или вычитается из него. Сле­довательно, существует некоторое критическое значение тока нагрузки I_кр., ниже которого разность между токами I_d /2 - i_K в отдельные мо­менты времени достигает нуля, и работающие вентили в этот момент закрываются. Дальнейшее снижение нагрузки приводит к тому, что в каждый момент времени работают уже не два, а один вентиль, т. е. схема переходит в режим работы, аналогичный шестифазной звезде, и выпрям­ленное напряжение определяется уже фазными э.д.с. е_о1а1, е_о1б1 и т. д. Такой переход сопровождается скачком выпрямленного напряжения, что является ненормальным режимом работы. В связи с этим при работе выпрямителя с нагрузками, меньшими критической, используются специальные балластные резисторы, или утроители частоты, которые намагничивают уравнительный реактор независимо от тока нагрузки.

Двенадцатифазная схема выпрямления. Такая схема создается путем последовательного (рис. 27) или параллельного соединения двух трехфазных мостовых выпрямителей, каждый из которых питается от своего трехфазного трансформатора или другого источника трехфазного тока.

Рис. 27. Последовательное соединение двух трехфазных мостовых

выпрямителей (a) и диаграммы напряжений (б-г).

Группы соединения обмоток трансформаторов выбраны так, их линейные напряжения сдвинуты друг относительно по схеме звезда, а другую - треугольник, причем фазное напряжение последней должно быть в раз больше, чем у первой.

Напряжение U_d пульсирует 12 раз в период точно так же, как и при последовательном соединении мостовых выпрямителей. Сдвиг пульсаций выпрямительного напряжения приводит к тому, что в различные моменты времени мгновенные значения выпрямленного напряжения каждого из мостовых выпрямителей не равны. В контуре возникает переменное уравнительное напряжение u_k. Уравнительный ток, создаваемый этим напряжением, ограничивается реактором УР, устанавливаемым между выпрямительными мостами и нагрузкой.