Двенадцатипульсный преобразователь

Для питания потребителей, с повышенными требованиями к качеству электроэнергии применяют преобразователи с увеличенным числом фаз. Примером такого преобразователя является шестифазный или двенадцатипульсный преобразователь (рис. 3.6а).

Рис. 3.6. Схема и диаграммы двенадцатипульсного преобразователя

В табл. 3.1 показано что преобразователь с m =12 обладает наименьшим коэффициентом пульсаций выпрямленного напряжения. Кроме этого, частота пульсаций в два раза больше чем у трехфазной мостовой схемы и эти пульсации легче отфильтровывать. Поэтому для тяговых подстанций, выпрямительных и инверторных подстанций передач постоянного тока двенадцатипульсные преобразователи предпочтительнее.

Двенадцатипульсный преобразователь состоит фактически из двух трехфазных мостов (рис. 3.6а), включенных параллельно или последовательно по постоянному току и запитанных от источников трехфазного напряжения со сдвигом 30 град. эл. (π/6 с^-1). Трехфазные мосты М1 и М2 питаются трехфазными напряжениями, сдвинутыми на π/6 за счет разных групп соединения обмоток трансформатора (-ов) (рис. 3.6а) – Y/Y-0 и Y/Δ-11. Векторные диаграммы линейных напряжений мостов М1 и М2 представлены на рис. 3.6б.

При работе преобразователя каждый мост формирует свое постоянное напряжение u ’ _{d M1}(t) и u ’ _{d M2}(t) соответственно (рис. 3.6в). Но так как мосты включены параллельно (или последовательно), то результирующее напряжение на нагрузке будет результатом наложения этих напряжений.

Количество пульсаций выпрямленного напряжения в течение периода и их частота возрастают в два раза, что делает легче их фильтрацию. Кривая тока i _Ф(t) на стороне ВН трансформатора также улучшается по форме (рис. 3.6г) за счет суммирования магнитных потоков, созданных токами мостов i _ФМ1(t) и i _ФМ2(t), сдвинутыми друг относительно друга на π/6. Если для трехфазного мостового преобразователя высшие гармоники содержат частоты в 5, 7, 11,… раз выше частоты первой гармоники, то в двенадцатипульсной схеме номера гармоник будут уже 11, 13, 17…, и процентное содержание их существенно меньше.

 

 

К.П.Д. преобразователя

Коэффициент полезного действия это соотношение полезной мощности (работы) к полной затрачиваемой мощности (работы):

(3.14)

Полезная мощность преобразователя в режиме выпрямления будет равна мощности на шинах постоянного тока P_d = I_d · U_d. Потери в схеме преобразователя складываются из потерь в токоведущих частях и потерь в вентилях (диодах, тиристорах и т. д.). Также при рассмотрении преобразовательной установки в целом в общие потери включают потери в преобразовательном трансформаторе:

(3.15)

Потери в токоведущих частях легко находятся, если известен материал ошиновки и её длина:

,

(3.16)

где ρ – удельное сопротивление материала токоведущих частей (0,0175 Ом·мм для меди и 0,0283 Ом·мм для алюминия), l – суммарная длина токоведущих частей переменного тока. Для цепей постоянного тока расчет потерь можно выполнить аналогичным образом.

Потери в трансформаторе складываются из потерь холостого хода, независящих от нагрузки, и потерь короткого замыкания, независящих от напряжения первичной обмотки, а зависящих от нагрузки трансформатора:

(3.17)

Мощности холостого хода Δ Р _ХХ и короткого замыкания Δ Р _КЗ, номинальные ток вторичной обмотки I _2,НОМ и напряжение первичной обмотки U _1,НОМ указываются в паспорте трансформатора.

Потери в вентилях складываются из потерь на включение, потерь на выключение и потерь во включенном состоянии. При работе на частоте 50 Гц потери на переключение можно не учитывать и основными потерями будут потери во включенном состоянии:

.

(3.18)

Для определения потерь в вентильной части преобразователя с n _В вентилями используют величину прямого падения напряжения на тиристоре Δ U _ПР (3.18). В трехфазной мостовой схеме, работающей на активно-индуктивную нагрузку, потери в вентильной части:

(3.19)

Для примера определим к.п.д. тиристорного мостового преобразователя универсального стенда, выполненного на тиристорах ТО2-40, 6 шт., при рабочем выпрямленном токе 15 А и фазном напряжении питания 12 В. Угол управления примем α=0.

Ток одного тиристора: I_d /3=5 А. Прямое падение напряжения на тиристоре при таком токе – 1,55 В. Потери во всех тиристорах (3.19):

∆ P _В=2·1,55·15 = 46,5 Вт.

Напряжение на шинах постоянного тока определим, пренебрегая падением напряжения на сопротивлении питающей сети и учитывая прямое падение напряжения на тиристорах:

U_d = 2,34· E ₂·cosα – 2·Δ U _ПР=2,34·12·cos0 – 2·1,55=24,98 (В).

Полезная мощность преобразователя:

P_d = U_d · I_d =25,8·15=387 (Вт)

Длина соединительных проводов внутри преобразователя 1,53 м. Провод 2хПВ1 2,5 мм². Потери в проводах (3.16) с учетом величины действующего значения тока фазы (1.10):

В результате, к.п.д. тиристорного преобразователя универсального стенда получается:

Даже такой маломощный преобразователь имеет высокий к.п.д. 89,1%. Эффективность преобразователей на большие напряжения, приближается к 99,9%.

Лабораторная работа №3