Трансформатори для вентильних перетворювачів - студопедія

При використанні трансформаторів в вентильних перетворювальних установках в їх вторинні обмотки включають електричні вентилі, пропускають струм тільки в одному напрямку. Характерною особливістю цих трансформаторів є Неодночасна навантаження окремих фаз, пов'язана з почерговим відмиканням вентилів, включених до відповідних фази. Тому в кожен момент часу трансформатор навантажений несиметрично. Ця обставина викликає ряд несприятливих наслідків, основними з яких є наявність в кривих первинного і вторинного струмів значних вищих гармонік і додаткове підмагнічування осердя при деяких схемах випрямлення.

Типова потужність трансформатора. У трансформаторах для вентильних перетворювачів по первинної та вторинної обмоток протікають Несинусоїдальні струми, що містять ряд вищих гармонік. Відбувається це з таких причин:

а) вентилі, включені в ланцюзі окремих фаз вторинної обмотки, пропускають струм тільки протягом частини періоду;

б) на стороні постійного струму перетворювача зазвичай включають згладжує дросель значною індуктивності, при якому струми в обмотках трансформатора мають форму, близьку до прямокутної.

У загальному випадку струми і мають різний діюче значення, внаслідок чого розрахункові потужності та первинної і вторинної обмоток неоднакові. Тому вводиться поняття типової потужності трансформатора вентильного перетворювача

і коефіцієнта типовий потужності

де - потужність, споживана на стороні постійного струму перетворювача, Sт - вихідна потужність. Тут і - номінальні значення струму і напруги на стороні постійного струму.

Типова потужність розглянутого трансформатора більше його вихідної потужності при номінальному навантаженні. Тому габаритні розміри і вага таких трансформаторів завжди більше, ніж у трансформаторів тієї ж номінальної потужності. але працюють при синусоидальном струмі. Фізично це пояснюється тим, що нагрівання обмоток трансформатора визначають діючі значення струмів. і. які в даному випадку містять ряд вис-ших гармонік. При роботі ж трансформатора в ланцюзі синусоїдального струму вищих гармонік не буде, нагрів трансформатора при тій же вихідній потужності буде менше, а тому він може бути виконаний з меншими габаритними розмірами і вагою.

Кожній схемі включення вентилів і характеру навантаження (активна, активно-індуктивна), який визначає форму випрямленої струму, відповідає своє значення типовий потужності. Визначимо її значення для найбільш поширених схем випрямлення при ідеалізованих умовах роботи перетворювача (повністю згладженому випрямленном струмі. Миттєвому переході струму з одного вентиля на інший, відсутності індуктивностей х1 і х2 трансформатора і втрат енергії в ньому).

При однофазної схемою випрямлення з нульовим виводом трансформатора (рис. 1.24) здаються потужності вторинної та первинної обмоток рівні:

де - номінальне вторинне напруга трансформатора (діюче значення)

- то ж для первинного напруги

- номінальне (діюча) значення струму в кожній фазі вторинної обмотки

- то ж для первинної обмотки

Мал. 1.24. Схема двухполуперіодного випрямлення з нульовим виводом трансформатора (а) і графіки зміни т кайданів в первинної та вторинної обмотках (б)

Таким чином, типова потужність трансформатора

а коефіцієнт типовий потужності

При однофазної мостової схемою випрямлення (рис. 1.25) маємо:

В результаті типова потужність трансформатора:

А коефіцієнт типовий потужності. Отже, при мостовій схемі випрямлення трансформатор використовується набагато краще, ніж при схемі з нульовим виводом.

Мал. 1.25. Мостова двонапівперіодна схема випрямлення (а) і і графіки зміни струмів в первинної та вторинної обмотках

При роботі перетворювача на чисто активне навантаження струми у вторинній обмотках будуть мати форму полусінусоід, внаслідок чого діючі значення рівні:

При схемі з нульовим виводом

При мостовій схемі

При цьому отримаємо такі формули для визначення типової потужності трансформатора:

при схемі з нульовим виводом:

при мостовій схемі:

Шестифазний схема з зрівняльним реактором

* Коефіцієнт типовий потужності зрівняльного реактора.

При застосуванні в перетворювачі керованих вентилів типова потужність трансформатора може зрости, якщо номінальне випрямлена напруга відповідає деякому заданому значенню кута регулювання вентилів. відмінному від нуля. Це може мати місце, наприклад, якщо необхідно забезпечити стабільне значення при зменшенні напруги U1 в мережі живлення (коли потрібно мати певний запас по напря-жению U2). У цьому випадку коефіцієнт типовий потужності

де - значення коефіцієнта типовий потужності для відповідної схеми включення вентилів при відсутності регулювання.

Мал. 1.27. Схеми трифазного і шестифазний випрямлення

а - з з'єднанням вторинної обмотки трансформатора в «зигзаг»; б - трифазна мостова; в. - з з'єднанням вторинної обмотки в «дві зворотні зірки з зрівняльним реактором»

Підмагнічуванню осердя. В однофазному трансформаторі при однополупериодной схемою випрямлення, а також в трехстержневом трансформаторі при трифазної нульової схемою випрямлення і при з'єднанні вторинних його обмоток по схемі «дві зворотні зірки» рівновагу сил, що намагнічують первинної та вто-річної фазових обмоток, розташованих на кожному стрижні, ока -зивается порушеним, внаслідок чого відбувається додаткове підмагнічування осердя.

Розглянемо більш докладно це явище на прикладі трифазної нульової схеми випрямляча (див. Рис. 1.26, а), що працює при зазначених вище ідеалізованих умовах. У цьому випадку через три фази вторинної обмотки трансформатора протягом кожної третини періоду по черзі протікають струми i2a. i2b і i2c прямокутної форми (рис. 1.26, б), миттєва величина яких дорівнює Id. За первинній обмотці трансформатора також будуть протікати струми i2A. i2B і i2C прямокутної форми. Однак розподіл цих струмів по окремих фаз буде нерівномірним. Протягом першої третини періоду, коли працює вентиль В1 ток i2a дорівнює Id. а струми i2b і i2c дорівнюють нулю. Токи в фазах первинної обмотки можуть бути визначені виходячи з I закону Кірхгофа для електричних ланцюгів:

а також з умов рівноваги сил, що намагнічують для замкну-тих магнітних контурів, один з яких охоплює 1-й і 2-й стрижні трансформатора:

а інший - 2-й і 3-й стрижні:

Вирішуючи спільно отримані рівняння, матимемо:

Отже, в кожному стрижні трансформатора в зазначений період часу діє нескомпенсованих сила, що намагнічує, рівна. яка створює додатковий магнітний потік ФД. накладається на основний потік Ф. З діаграми розподілу струмів по обмоткам (рис. 1.26, б) видно, що в наступні дві третини періоду, коли працюють вентилі В2 і В3. напрямок і величина потоку Фд не змінюються, оскільки відносний розподіл струму між первинними і вторинними обмотками зберігається.

Додатковий потік ФД називається потоком вимушеного намагнічування. Він проходить через кожен стрижень трансформатора і замикається через повітря і кожух так само, як і треті гармоніки основного потоку (див. Рис. 2-23). Для того щоб потік ФД НЕ викликав неприпустимого насичення магнітної системи, доводиться увеличи-вать загальне перетин стрижнів, що призводить до збільшення ваги, габа-Ритні розмірів і вартості трансформатора.

Із зазначеної причини трифазна нульова схема випрямлення застосовується лише в випрямлячах порівняно невеликий мощ-ності. Однофазна однонапівперіодна схема випрямлення також практичного застосування не отримала головним чином через значну пульсації випрямленої напруги. Зазвичай в випрямлячах використовуються тільки такі схеми включення вентилів, які забезпечують нормальне намагнічування сердечника трансформатора і рівновагу н. с. на кожному стрижні. До числа їх відносяться: однофазні - бруківка та з нульовим виводом трансформатора; трифазні - бруківка та з з'єднанням вторинної обмотки трансформатора в «зигзаг»; шестифазний - з з'єднанням вторинної обмотки трансформатора за схемою «дві зворотні зірки» з зрівняльним реактором і подвійний «зигзаг».