7.Многофазные выпрямители

В каждый момент времени в схеме проводит вентиль той фазы, которая наиболее положительна. За нуль принят потенциал нулевого провода. Выпрямленное напряжение формируется из верхушек полуволн. Ток I_d постоянен, т.к. L_d =  (см. выше). Напряжение на первом вентиле – это потенциал точки а относительно точки k. Потенциал точки а относительно нуля изображен кривой e_2a, потенциал точки k относительно нуля изображен верхушками полуволн e_2a, e_2b, e_2c. Напряжение между точками а и k равно отрезкам ординат, заключенным между вышеназванными кривыми. Вначале на диаграмме u_a всегда нужно отметить участки проводимости, где падение напряжения равно нулю, а затем отложить заштрихованные ординаты

Для магнитных цепей по второму закону Кирхгофа:

Примем для упрощения допущение, что , тогда получим систему уравнений для токов. Отсюда

; ; . После преобразований получим, что

; .

В трансформаторе трехфазной нулевой схемы ампервитки вторичной обмотки не компенсируют ампервитки первичной. Суммарные ампервитки на каждом стержне составляют и направлены в одну сторону. В трансформаторе возникает однонаправленный поток вынужденного намагничивания, вызванный нескомпенсированными ампервитками на каждом стержне. Этот поток замыкается по воздуху, приводит к несимметричному перемаг-ничиванию трансформатора, увеличивает индукцию, ток холостого хода и потери в стали трансформатора.

, ; ,

,

Преимущества схемы:

1. качество выпрямленного напряжения лучше, чем в однофазных схемах;

2. простота;

3. возможность применения бестрансформаторных схем для питания двигателей напряжением 220 В от стандартной сети.

Схема широко применяется в электроприводах малой и средней мощности.

7.1Трехфазный зигзаг

Поток вынужденного намагничивания устраняется в схеме трехфазный зигзаг, приведенной на рис. В этой схеме на вторичной стороне трансформатора ток всегда проходит через две полуобмотки, находящиеся на разных стержнях. Это позволяет компенсировать ампервитки первичных обмоток на соответствующих стержнях. На каждом из стержней ток проходит через полуобмотки сначала в одном направлении, а потом – в другом. Недостатки схемы: усложняется конструкция трансформатора и возрастает расход меди.

При применении бестрансформаторных схем для питания двигателей напряжением 220 В от общей сети осуществляется параллельная работа трехфазных схем выпрямления с нулевым выводом от одного общего цехового трансформатора (рис. 4.10). При разном включении вентилей потоки вынужденного намагничивания взаимно компенсируются и условия работы трансформатора не ухудшаются

8. Шестифазная нулевая схема

На вторичной стороне трехфазного трансформатора может быть создана шестифазная система напряжений .Для этого на каждом стержне необходимо разместить по две обмотки, работающие в противофазе. При этом схема выпрямления превращается в схему шестифазная звезда с нулевым выводом (шестифазная нулевая схема).

Преимущества этой схемы – лучше качество выпрямленного напряжения (шестифазные пульсации), проще управление, т.к. все вентили имеют общий катод.

Недостатки – наличие переменного по знаку потока вынужденного намагничивания трехкратной частоты, плохое использование трансформатора и вентилей (работают 1/6 периода), плохая (круто падающая) внешняя характеристика.

Последний недостаток превратился в преимущество и обусловил применение схемы в сварочных трансформаторах, где требуется ограничение тока при коротких замыканиях.

9. Схема две обратные звезды с уравнительным реактором

Уравнительный реактор служит для уравнивания мгновенных значений выпрямленного напряжения обеих звезд относительно нагрузки и обеспечения параллельной работы звезд на общую нагрузку. Для этого в каждый момент в каждой из звезд должен проводить один вентиль.

Доказательство этого проведем в два этапа.

1–й этап. Пусть уравнительный реактор выполняет поставленную задачу, и в момент проводят вентили V1 и V2 (см. рис. 4.12 б). ЭДС e_2a самая положительная, а e_2z тоже положительная, но меньше e_2a. Тогда между точками O₁ и O₂ действует разность потенциалов с указанной на рис. 4.12 а полярностью. Уравнительный реактор делит эту разность пополам. По отношению к нагрузке у большей ЭДС вычитается, а к меньшей прибавляется полуразность. При этом выпрямленные напряжения звезд относительно нагрузки уравниваются. В момент e_2a < e_2z, полярность напряжения на уравнительном реакторе меняется. Выпрямленное напряжение на нагрузке идет посередине между мгновенными значениями ЭДС работающих фаз.

2–й этап. Напряжение на уравнительном реакторе треугольное с тройной частотой 150 Гц (рис. 4.12 б). Чтобы на индуктивности создавалось такое напряжение, через нее должен идти переменный ток, для которого должен существовать контур. Если L_d = ∞, то переменный ток на участке … может проходить только по контуру через V1, V2. Условие прохождения этого тока  достаточная величина выпрямленного тока нагрузки, на который он накладывается. Это возможно, если выполняется условие

Ток намагничивания добавляется к анодному току одного вентиля и вычитается из анодного тока другого вентиля (см. рис. 4.12 б). Ток, при котором прекращается возможность совместной параллельной работы звезд, называется критическим I_d.крит

Если I_d > I_d.крит, то схема работает в режиме двойной трехфазной звезды, т.е. две трехфазные нулевые схемы работают параллельно на общую нагрузку. При этом каждый вентиль проводит 1/3 периода и обеспечивается взаимокомпенсация первичных и вторичных ампервитков в трансформаторе, а, следовательно, нет потока вынужденного намагничивания.

Если I_d < I_d.крит, то схема переходит в режим шестифазной звезды с нулевым выводом. Каждый вентиль и фаза на вторичной стороне проводят 1/6 периода. Напряжение на выходе резко повышается

Чтобы схема в основном работала в режиме двойной трехфазной звезды, критический ток должен быть мал. Обычно I_d.крит = (1..3)% I_dном.

Выпрямленное напряжение при I_d = 0

,

,

,

;

Преимущества этой схемы: отсутствие потока вынужденного намагничивания, лучшее качество выпрямленного напряжения и малый средний ток через вентиль.

Недостатки схемы: подъем напряжения при малых токах, сложнее трансформаторное оборудование.