Двенадцатипульсовая схема выпрямления

Двенадцатипульсовые схемы выпрямления. Такие схемы могут быть использованы для получения меньших пульсаций выпрямленного напряжения, снижения высших гармонических составляющих в кривой сетевого тока, создания агрегата на более высокие напряжения и ток. Двенадцатипульсовые схемы разделяются на эквивалентные и собственные. Эквивалентные схемы строятся на основе последовательного или параллельного соединения двух шестипульсовых схем выпрямления. Преобразовательные трансформаторы каждой схемы выполняются с различными группами соединения (например, Y/Y и Y/Δ). Этим достигается сдвиг линейных напряжений вторичных обмоток трансформаторов на π/6=30 эл. град, и соответствующий сдвиг кривых выпрямленного напряжения ud1 и ud2 на 30 эл. град. Результирующее выпрямленное напряжение получаетсядвенадцатипульсовым благодаря суммированию двух шестипульсовых при последовательном соединении схем или полусумме двух шестипульсовых при параллельном соединении схем.

Собственные двенадцатипульсовые схемы строятся на основе преобразовательного трансформатора с двумя вторичными обмотками, одна из которых соединяется звездой, а вторая — треугольником. К каждой обмотке присоединяется мостовая выпрямительная схема. Выпрямительные мосты могут соединяться между собой по цепи выпрямленного тока параллельно или последовательно. Схема параллельного типа требует очень точного соблюдения равенства сопротивлений обеих вторичных обмоток. Для этого применяется специальная поэтажная компоновка обмоток на сердечниках магнитопровода, что усложняет изготовление трансформатора. Поэтому применение нашла схема последовательного типа.

Рассмотрим собственную двенадцатипульсовую двухмостовую схему последовательного типа (рис. 2.12) со схемой соединения первичных обмоток звездой, вторичных — звездой и треугольником с группой соединения 0, 1. Для схемы соединения звездой коэффициент трансформации kтз = w1/w2, Для схемы соединения треугольником kтY = w1/w22 =kтΔ/ поскольку число витков w22 = w21/. Соединение одной вторичной обмотки в звезду (группа соединения 0) и другой обмотки в треугольник (группа соединения 1) обусловливает сдвиг по фазе коммутирующих напряжений двух вторичных обмоток на π/6 = 30 эл. град

Линейное напряжение вторичной обмотки (звезда) определяет выпрямленное напряжение ud1 Напряжение u22, являющееся фазным для обмотки, соединенной треугольником, формирует кривую напряжения. Моменты переключения диодов отмечены точками 1—1; 2—1; 3—1 и т. д. для звезды, а точками 1—2; 2—2; 3—2 и т. д. — для треугольника. Результирующее выпрямленное напряжение ud представляет собой сумму мгновенных значений напряжения на выходе обеих схем ud = ud1 + ud2. Это напряжение имеет двенадцать пульсаций в течение периода.

Разные напряжения вторичных обмоток принимаются такими, чтобы средние значения выпрямленных напряжений обоих мостов Ud1 и Ud2 были равными. Для этого необходимо соблюдать соотношение E22= E21, где E21, E22— эффективные значения фазных напряжений вторичных обмоток на холостом ходу.

Выпрямители (V1, V2) (см. рис. 2.12, а) в этой схеме работают самостоятельно. На каждом интервале ток id проводят четыре диода: два в схеме выпрямления V1 и два в схеме V2. Например, на интервале повторяемости выпрямленного напряжения π/6 ≤ ωt ≤ π/3 контур тока нагрузки замыкается через обмотки фаз b1 и а1 диод VD1 катодной группы V1, Ld - Rd, диод VD12 анодной группы V2, параллельно включенные обмотки b2 и а2-с2, диод VD11 катодной группы V2, диод VD6 анодной группы V1.

Мгновенные значения токов вторичных обмоток: ia1=id, ib1=-id, ib1=0, ia2=(1/3)id, ib2=-(2/3)id, ic2=(1/3)id. При этом последовательность переключения диодов в каждой схеме сохраняется такой же, как в обычной мостовой шестипульсовой схеме с соответствующей группой соединения обмоток трансформатора. Формы токов в фазах вторичных обмоток, соединенных в звезду и треугольник, получаются различными (см. рис. 2.13).

Ток первичной обмотки i1w1=i21w21 + i22w22. Так как при равенстве Ud1=Ud2w22=w21, ток первичной обмотки на любом интервале i1 = i21 (w21/w1) + i22 (w22/w1)=(i21 + i22)/kT. При допущении идеального сглаживания на рассматриваемом интервале π/6 ≤ωt≤ π/3 (см. рис. 2.13) i21=ia1=Id, i22= ia2=Id/3. Тогда на этом интервале i1=(1/kT)∙(Id+ /3Id)= Id/(kT). На следующих интервалах кривая тока i1 формируется по этому же принципу. В результате, кривая i1, принимает ступенчатую форму, незначительно отличающуюся от синусоидальной. Улучшение формы тока способствует повышению коэффициента мощности, снижению потерь от высших гармонических составляющих в питающей сети и первичной обмотке преобразовательного трансформатора.

Основные расчетные зависимости для каждой из выпрямительных схем остаются такими же, как для шестипульсовых схем выпрямления.

При симметричных по среднему выпрямленному напряжению выпрямителях VI и V2 (Ud1 = Ud2) фазные напряжения вычисляют по соотношению (6.44). Тогда среднее значение выпрямленного напряжения, выраженное через фазное напряжение вторичной обмотки, соединенной в звезду,

Использование трансформатора в двенадцатипульсовой схеме примерно такое же, как в мостовой шестипульсовой схеме. Некоторое повышение коэффициента использования связано с лучшим использованием первичной обмотки вследствие более благоприятной формы тока.