Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

Аслан-заде А.Г.

Россия

Специальные режимы работы трехфазного мостового выпрямителя.

Одной из наиболее распространенных схем преобразовательной техники является схема трехфазного мостового выпрямителя. Поэтому обретение ее новых свойств и возможностей может найти, при прочих корректных условиях, ранее не прогнозированное их использование. Например, при некотором значении нагрузки, трансформаторный (соединение обмоток – звезда/звезда) выпрямитель по этой схеме может плавно перейти из 6-пульсного режима выпрямления в 12-пульсный [1], путем автономного переключения в смежных интервалах дискретности из 2-х диодного режима проводимости в 3-х диодный с наблюдаемым углом коммутации γ = 0 в обоих случаях. В 3-х диодном режиме (режиме «двойной коммутации») выпрямитель функционирует так, словно он находится по числу вентилей в режиме коммутации при γ ≤ 60 эл.град., но без характерных коммутационных «ступеней» [2] в виде участков синусоид. Дальнейшее увеличение нагрузки полностью переводит выпрямитель в 6-пульсный 3-х диодный режим. Имеет место взаимообратное изменение в зависимости от величины нагрузки амплитуд 6-пульсных выпрямленных напряжений этих режимов. Пульсации нарастающего по амплитуде 6-пульсного напряжения являются, по сути, коммутационными «ступенями» нового вида. Их амплитуды зависят от величин индуктивности рассеяния трансформатора и тока нагрузки. Поэтому при наличии недокументированных путей замыкания (например, стального кожуха) для магнитного потока рассеяния трансформатора данный эффект проявляется начиная с меньших величин нагрузки и без амплитудной асимметрии в 12-пульсном режиме, свойственной отсутствию стального кожуха. Его можно рассматривать и как частный случай изменяющегося в функции от величины нагрузки проявления в многофазных выпрямителях неравенства реактансов (углов коммутации) в разных интервалах дискретности. По крайней мере, симметричное 12-пульсное выпрямление было реализовано именно при наличии стального кожуха и всего в одной точке внешней характеристики.

Примером обретения новой возможности в этой схеме является ее реакторно-трансформаторный вариант [3], позволяющий увеличить угол проводимости каждого вентиля моста до 180 эл.град. Для этого первичная обмотка трехфазного трансформатора (Тр) соединяется в звезду, а вторичная – в треугольник, в рассечку между каждой парой фазных обмоток которого включается пара гальвано связанных, согласно последовательно соединенных обмоток одного из трех (рис.1) уравнительных реакторов (Ур). При этом средние точки обмоток Ур подключаются (приоритет от 14.05.81 первичных материалов [3]) к входным выводам трехфазного вентильного (В1 – В6) моста. Возможно исполнение этой схемы и с одним уравнительным реактором с 3-мя индуктивно связанными обмотками, которые идентично включены каждая в рассечку между парой вторичных фазных обмоток, и образуют совместно с ними равносторонний треугольник, подключенный равноудаленными вершинами к входным выводам моста [3]. Здесь необходима единовременная и строго параллельная намотка обмоток Ур, предпочтительно на магнитопроводе кольцеобразной формы из стальной ленты. Тем самым уменьшается количество обмоток, расчетная мощность и массогабаритные показатели Ур. Вместе с тем, вследствие увеличения индуктивного сопротивления Ур на тройной частоте, несколько увеличивается номинальная мощность трансформатора.

Схема соединения обмоток трансформатора этого выпрямителя и без включения Ур предрасположена к увеличению угла проводимости вентилей моста до 180 эл.град., путем включения в каждом интервале дискретности параллельно двух из трех вентилей, за счет замыкания первичного и вторичного тока по двум соответственно последовательно и параллельно подключаемым фазным обмоткам. Ур обеспечивает равенство друг другу амплитуд крайних ступеней тока вентиля, сумма которых, так или иначе, равна амплитуде его средней ступени и, тем самым, компенсирует противодействие получению симметричной формы тока вентиля с углом проводимости 180 эл.град., оказываемое неидентичными вольтамперными характеристиками вентилей, несимметрией трансформатора и сети. Это, в отличие от других известных случаев применения Ур, позволяет соотнести свойства Ур на трех раздельных магнитопроводах со свойствами делителя тока.

Управление выпрямителем может быть реализовано размыканием нейтрали первичной обмотки трансформатора с подключением ее выводов, например, к вершинам треугольника, образованного встречно параллельно соединенными парами управляемых вентилей [4] или к входным выводам управляемого вентильного моста, выходные выводы которого подключены к сглаживающему реактору [5]. Также можно соединить первичные фазные обмотки совместно с встречно параллельно соединенными управляемыми вентилями в звезду [6]. При этом на каждый вентиль периодически подаются два узких управляющих импульса с интервалом 60 эл.град., что обеспечивает работу вентильного моста на вторичной стороне в 3-х диодном режиме. Поэтому возможен перенос управления на вторичную сторону в соответствии с новым режимом работы вентильного моста, что позволяет увеличить угол проводимости его вентилей до 180 эл.град. без использования управляемых вентилей на первичной стороне. При этом на каждый вентиль периодически (рис.1) подаются три узких управляющих импульса с интервалом 60 эл.град., что обеспечивает работу

UAB	UAC	UBC	UBA	UCA	UCB
В2-В3-В5	В2-В4-В5	В1-В4-В5	В1-В4-В6	В1-В3-В6	В2-В3-В6
w1-w2-w3-w6	w1-w4-w5-w6	w2-w3-w4-w5	w1-w2-w3-w6	w1-w4-w5-w6	w2-w3-w4-w5
Ур1	Ур3	Ур2	Ур1	Ур3	Ур2

вентильного моста на вторичной стороне в 3-х вентильном режиме, с приведенной в таблице очередностью включения вентилей и обмоток Ур. Там же указан и номер Ур, делящий поровну в очередном интервале дискретности ток, замыкающийся через параллельно включаемые вентили. Обмотки Ур, не принимающих в очередном интервале дискретности участия в делении токов вентилей, выполняют сглаживающую функцию.

Эксперименты ставились вначале 1980-х на трехфазном трансформаторе со стальным кожухом и без него. 3-х вентильный управляемый режим 6-и вентильного выпрямителя в случае [1], в отличие от схемы на рис.1, не требует применения Ур, но ограничен необходимой величиной тока нагрузки, потерями мощности и падением напряжения в трансформаторе. При изменении нагрузки в 3-х вентильном режиме новых коммутационных «ступеней» не наблюдалось.

Литература:

1. Репин А.М. Удвоение кратности частоты пульсации и снижение ее уровня в многофазных мостовых вентильных преобразователях без увеличения числа фаз и вентилей// Проблемы преобразовательной техники. Ч.4. Киев: Изд. ИЭД АН УССР. 1983.

2. Толстов Ю.Г., Мосткова Г.П., Ковалев Ф.И. Трехфазные силовые полупроводниковые выпрямители, управляемые дросселями насыщения. Москва: Изд. АН СССР. 1963.

3. А.Г. Аслан-заде. А. с. 993410 СССР. Бюл. № 4, 1983.

4. Ю.М. Земляной. А.с. 168781 СССР. Бюл. № 5, 1965.

5. Ю.С. Игольников. А.с. 692036 СССР. Бюл. № 38, 1979.

6. Н.Х. Ситник. Силовая полупроводниковая техника. М. «Энергия», 1968.