Электромагнитные процессы в трехфазном мостовом преобразователе

Наибольшее распространение в системах электроэнергетики получили преобразователи, выполненные по трёхфазной мостовой схеме (рис. 1.1), а также построенные на базе трёхфазных мостовых схем. Это связано, в первую очередь, с тем, что в трёхфазной мостовой схеме силовые вентили используются по напряжению лучше, чем в нулевых схемах. А в электроэнергетике преобразователи работают на высоком напряжении – от нескольких сот вольт в системах возбуждения генераторов, в схемах АБП и др., до нескольких десятков, сотен или тысяч киловольт, на преобразовательных подстанциях электропередач и вставок постоянного тока. Трехфазная мостовая схема применяется для преобразования электроэнергии переменного тока в постоянный (режим выпрямления) и постоянного в переменный (режим инвертирования). На подстанциях электропередач постоянного тока эта схема называется «одномостовой преобразователь». В системах возбуждения синхронных генераторов она называется «одногрупповой преобразователь».

Схема (рис.1.1) состоит из вентильной части (тиристоры V 1 – V 6), соединенной на стороне переменного тока с источником трехфазного напряжения (система С и трансформатор Т). В цепи постоянного тока преобразователя сопротивление Z_d, а в некоторых случаях еще и источник напряжения или источник тока. Тиристоры, у которых объединены катоды, составляют катодную группу вентилей, а у которых объединены аноды – анодную группу.

Схема замещения

Для того, чтобы найти токи и напряжения всех элементов (тиристоров, трансформатора, нагрузки), рассматриваются электромагнитные процессы в схеме. Для этого составляется схема замещения (рис. 1.2), электромагнитные процессы в которой можно рассмотреть, применяя методы, разработанные в ТОЭ. Трансформатор с сетью заменяется трехфазной системой ЭДС с индуктивными сопротивлениями в каждой фазе

X _g= X _сети + X _транс.     (1.1)

Так как потери в схемах электроэнергетики всегда стремятся свести к минимуму, то обычно они невелики (т.е активные сопротивления схем существенно ниже индуктивных) и поэтому в дальнейшем активными сопротивлениями и соответственно потерями в сети и трансформаторе пренебрегаем.

Не учитывая потери в тиристорах, вводим их в схему идеальными управляемыми ключами, условия включения которых – положительное напряжение на них и наличие тока в цепи управления, а условие выключения – снижение анодного тока до нуля. Изображаем эти ключи на схеме такими же символами, какими обозначаются тиристоры.

Напряжение на нагрузке U_d – постоянное с пульсациями, т. е. его можно представить в виде постоянной составляющей и набора гармоник. Сопротивление нагрузки для постоянной составляющей напряжения только активное, для гармоник напряжения дополнительно еще и реактивное. В электроэнергетике индуктивности цепей постоянного тока преобразователей имеют большие значения, их сопротивления на частотах гармоник велики. Поэтому ток на стороне постоянного тока содержит большую долю постоянной составляющей и небольшую переменой составляющей, т. е. практически будет постоянный (без пульсаций) не только по знаку, но и по величине. При этом заметим, что постоянные времени цепей постоянного тока большие (существенно выше периода напряжения сети переменного напряжения). В результате пульсирующее напряжение в течение периода практически не изменяет ток нагрузки, и поэтому нагрузку заменим источником постоянного тока. Это удобно еще и потому, что обычно ток в цепи постоянного тока (ток возбуждения генератора, ток электропередачи постоянного тока и т. д.) известен и может быть исходным параметром при анализе электромагнитных процессов в схеме. Наличие в цепи постоянного тока источника тока является одним из признаков того, что рассматриваемая схема работает как преобразователь тока.