Глава первая
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. РЕЖИМЫ РАБОТЫ
1.1. СТАТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.
ФУНКЦИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Известно, что большому числу потребителей необходим постоянный ток. Для преобразования одного рода тока в другой в настоящее время почти исключительно применяются статические полупроводниковые преобразователи электрической энергии, которые успешно вытеснили ионные и электромашинные преобразователи. Широкое распространение в преобразовательной технике полупроводниковых преобразователей обусловлено их высокими электрическими характеристиками, малой массой и небольшими размерами, простотой конструкции и эксплуатации. Ниже излагаются сведения об особенностях преобразователей, широко применяемых во многих отраслях народного хозяйства.
Статический преобразователь (рис. 1.1) в общем случае состоит из специального силового трансформатора 1, полупроводниковых вентилей 2, уравнительных и сглаживающих реакторов 3, нагрузки 4, устройства управления вентилями или трансформатором 5, вспомогательных устройств 6 для включения, отключения, охлаждения и защиты. Трансформатор 1 служит для изменения значения напряжения сети и его согласования с входным напряжением преобразователя.
С помощью трансформатора сеть постоянного тока изолируют от сети переменного тока, увеличивают число фаз вентильных обмоток для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения и тока, улучшают форму сетевого тока [1.1, 1.2].
По конструкции магнитопровода преобразовательные трансформаторы могут иметь магниторазделенную, магнитосвязанную и смешанную магнитные системы. Магниторазделенная система представляет собой совокупность магнитопроводов трех однофазных трансформаторов, расположенных в отдельных баках (кожухах) или в общем баке. Магнитосвязанная система (трехфазного трансформатора) представляет собой трехстержневой магнитопровод. Смешанная магнитная система образуется из двух и более трехфазных магнитопроводов. На магнитопроводе преобразовательного трансформатора размещаются электрически не связанные сетевые обмотки (СО) и вентильные (ВО). СО — обмотка, присоединяемая к сети переменного тока, ВО — обмотка, присоединяемая к вентильным преобразователям. В трехфазных трансформаторах применяют две основные схемы соединения сетевых обмоток: звезда и треугольник. Схемы вентильных обмоток делят на простые и сложные. Различают следующие простые схемы вентильных обмоток: разомкнутые — простая звезда, двойная звезда, простой зигзаг, двойной зигзаг и дважды двойной зигзаг (схемы зигзаг могут быть выполнены равносторонними и разносторонними, согласными и встречными); замкнутые — треугольник, шестиугольник [1.4—1.6].
В преобразователях со сложными схемами выпрямления ВО одного или нескольких трансформаторов расщепляют на отдельные части. Каждая часть ВО с включенными вентилями образует простой преобразователь. Соединенные между собой последовательно или параллельно они и составляют сложный преобразователь. Сложные схемы преобразования применяют в тех случаях, когда необходимо уменьшить пульсацию выпрямленного напряжения и тока и улучшить использование полупроводниковых вентилей. При конструировании и расчете преобразователя следует иметь в виду, что трансформатор оказывает существенное влияние на размеры и массу, стоимость, коэффициент мощности и коэффициент полезного действия.
Полупроводниковые вентили непосредственно осуществляют преобразование переменного тока в постоянный или постоянного в переменный. Различают лучевые и мостовые схемы включения вентилей. В лучевых схемах каждая фаза ВО трансформатора проводит ток в течение одного положительного полупериода. Такие схемы называют однотактными. В мостовых схемах каждая фаза ВО проводит ток в оба полупериода, поэтому мостовые схемы называют еще и двухтактными. В целях увеличения мощности и допустимого тока применяют параллельное соединение вентилей.
Для увеличения допустимого напряжения вентили включают последовательно. Применяют также одновременно последовательное и параллельное соединение вентилей. Такую группу вентилей, работающих как один вентиль, называют вентильным плечом. Цепь из последовательно включенных вентилей в одном плече образует вентильную ветвь.
Уравнительные реакторы служат для равномерного деления тока между параллельно работающими простыми выпрямителями. Сглаживающие реакторы предназначаются для уменьшения пульсаций выпрямленного тока в цепи нагрузки. Если преобразователь выполнен с регулированием напряжения под нагрузкой, в схему входит система автоматического управления трансформатором или преобразователем.
Физические свойства и технические характеристики преобразователей зависят от схемы соединения вентилей между собой и с трансформатором, типа вентилей, схемы соединения обмоток и конструкции магнитопровода трансформатора. Наиболее важным из указанных признаков является первый, по которому обычно производится классификация преобразователей. В большинстве случаев преобразователи средней и большой мощности питаются от сети трехфазного тока промышленной частоты, что позволяет получить трех-, шести-, двенадцати- или двадцатичетырехфазное преобразование. Освоение промышленностью и совершенствование полупроводниковых вентилей позволили создать ряд совершенных статических преобразовательных агрегатов.
