Содержание материала

В нулевых схемах к аноду каждого вентиля подводится один из фазных выводов вентильной обмотки, катоды всех вентилей соединяются вместе и образуют плюсовую точку (шину) выпрямителя. Минусовой шиной является нулевая точка ВО трансформатора.
Однофазная двухполупериодная схема с выводом нулевой точки (рис. 1.3, а). Простейший двухполупериодный преобразователь состоит из однофазного двухобмоточного трансформатора с нулевой точкой и двух вентилей. Нагрузка включается между нулевой точкой 0. разделяющей ВО трансформатора на две части, и катодами вентилей. В такой схеме вторичное фазовое напряжение XX трансформатора принимают равным напряжению одной части ВО. Согласно принятым на рис. 1.3,б положительным направлениям напряжений частей ВО, совпадающим с проводящим направлением в вентилях, напряжения этих частей ВО в любой момент времени оказываются в противофазе.


Рис. 1.3. Однофазное двухполупериодное преобразование с выводом нулевой точки:
а — схема; б — напряжение частей вентильной обмотки; в—выпрямленное напряжение холостого хода

В один из полупериодов, когда мгновенное значение напряжения части обмотки иа1 действует в положительном направлении, ток пропускает вентиль V1, так как его анод оказывается положительным по отношению к катоду. Вентиль V2 эту часть периода ток не пропускает, так как его анод, соединенный с выводом а2, по отношению к нулевой точке и к катоду этого вентиля отрицателен. В следующий полупериод, когда напряжения в первичной и вторичной обмотках трансформатора изменяют направление, ток начинает проходить через вентиль  V2, и вентиль запирается. Режимы работы нерегулируемого преобразователя (α=0) без учета коммутации тока иллюстрирует диаграмма напряжения, изображенная на рис. 1.3, в, из которой видно, что в схеме имеет место двухфазное выпрямление (m= 2). Схема на рис. 1.3, а применяется, как правило, при сравнительно небольших мощностях преобразователя (до 100 кВт) или в специальных случаях при мощности до 3000 кВт. Ее особенностью является то, что токи в частях ВО имеют одинаковое направление, содержат постоянную и переменную составляющие. Для компенсации МДС в трансформаторе со стержневой конструкцией магнитопровода обмотки располагают так, как показано на рис. 1.4.

Трехфазная нулевая схема (рис. 1.5, а). Преобразователь, выполненный по этой схеме, состоит из трехфазного двухобмоточного трансформатора и трех вентилей.

Рис. 1.4. Расположение обмоток на стержнях магнитопровода трансформатора для двухполупериодной схемы с выводом нулевой точки.

Рис. 1.5. Трехфазное преобразование с выводом нулевой точки:
а — схема; б— напряжение вентильной обмотки; в— выпрямленное напряжение холостого хода

Из представленных на рис. 1.5,б и в диаграмм, характеризующих работу схем, следует, что вторичное напряжение одной фазы в течение трети   периода выше напряжения двух других фаз. В эту треть периода ток проходит только через тот вентиль, который связан с фазой наивысшего напряжения. Ток в каждом из трех вентилей и соответственно в каждой фазе ВО трансформатора протекает в течение одной трети периода. Ток с одного вентиля переходит на другой в момент пересечения положительных полуволн напряжения в точках р, q, r (рис. 1.5,б).

Поскольку выпрямленные напряжения и токи имеют три пульсации за период, то фазность выпрямления равна трем (m = 3). Особенностью схемы является наличие в магнитопроводе трансформатора потока вынужденного намагничивания из-за некомпенсированных магнитодвижущих сил СО и ВО фазы. Для обеспечения магнитного равновесия ВО соединяют в зигзаг (рис. 1.6); эту схему применяют в преобразователях мощностью до 250 кВт. Трехфазную нулевую схему с ВО, соединенной в звезду с нулевой точкой, применяют крайне редко и как исключение.
Шестифазные нулевые схемы (рис. 1.7 и 1.8). Преобразователь состоит из трехфазного трансформатора. ВО которого разделена на две части, и шести вентилей. Каждую часть ВО соединяют в звезду и получают прямую и обратную звезды, так как части ВО па стержне намотаны в противоположных направлениях. Такое соединение ВО обеспечивает шестифазное преобразование (m= 6). При соединении обмоток трансформатора по схеме на рис. 1.7, а в стержнях магнитопровода появляется магнитный поток вынужденного намагничивания, который в отличие от трехфазной нулевой схемы меняет свое направление в стержнях через 1/6 периода, г. е. изменяется во времени с тройной частотой сети. Этот поток индуцирует в обмотках трансформатора значительные ЭДС. увеличивает индуктивное падение напряжения и ухудшает работу преобразователя. Поэтому схема шестифазная звезда в преобразователях средней и большой мощности не применяется. При соединении СО трансформа гора в треугольник большая часть потока вынужденного намагничивания компенсируется потоком, создаваемым током в замкнутом треугольнике СО. 

Рис. 1.6. Трехфазное преобразование по схеме зигзаг с выводом нулевой точки: а— схема; б - векторные диаграммы первичных и вторичных напряжений

Но так как в ВО ток протекает только в течение 1/6 периода, эти обмотки используются плохо, типовая мощность трансформатора и падение напряжения в обмотке при нагрузке возрастают. Вследствие этого схема треугольник — шестифазная звезда имеет ограниченное распространение.

Рис. 1.7. Шестифазное преобразование с выводом нулевой точки:
а — схема звезда — шестифазная звезда и векторная диаграмма вторичных напряжений; б — схема звезда — шестифазный зигзаг и векторная диаграмма вторичных напряжений; в — выпрямленное напряжение XX


Рис. 1.8. Шестифазное преобразование по схеме звезда — две обратные звезды с уравнительным реактором:
а— схема; б — выпрямленное напряжение

Преобразовательный трансформатор используется значительно лучше, если его ВО соединить в шестифазный зигзаг, как это показано на рис. 1.7,б. Схема обеспечивает магнитное равновесие по стержням магнитопровода трансформатора, так как при работе любого вентиля ток проходит через три части вентильной обмотки, расположенные на разных стержнях. Поэтому СО и ВО, размещенные на одном и том же стержне, нагружаются симметрично. Основными недостатками схемы звезда — шестифазный зигзаг являются относительно большая типовая мощность трансформатора и плохое использование вентилей, так как длительность анодных токов по-прежнему составляет 1/6 периода. Перечисленных недостатков не имеет схема звезда (треугольник)—две обратные звезды с уравнительным реактором, изображенная на рис. 1.8. Схема имеет две трехфазные вентильные группы. Вентили V1, V3, V5 первой группы присоединены к фазам прямой звезды, а вентили V2, V4, Vб— к соответствующим фазам обратной звезды. Нулевые точки звезд Ο1 и О2 связаны между собой через однофазный уравнительный реактор с ферромагнитным магнитопроводом.

Рис. 1.9. Однофазное преобразование по мостовой схеме: а — схема; б — выпрямленное напряжение

Благодаря уравнительному реактору выравниваются мгновенные значения анодных напряжений следующих друг за другом фаз нечетной и четной групп вентилей. Этим обеспечивается параллельная работа трехфазных групп, в результате чего в любой момент времени ток проходит одновременно через две вентильные обмотки. Выпрямленное напряжение имеет за один период шестифазную пульсацию (m= 6). Вследствие хорошего использования вентилей и отсутствия в трансформаторе потока вынужденного намагничивания схему две обратные звезды с уравнительным реактором применяют в преобразователях с относительно низким выпрямленным напряжением и большим током.