2756

+ ω2Y VD1 VD3 VD5

c b

a

ω1 300

-

Рис. 7.1. Принципиальная схема двенадцатипульсового выпрямителя и векторная диаграмма напряжений в вентильных обмотках трансформатора

Мощность каждой вентильной обмотки S2 = 0,51Pd, мощность первичной

Преимуществами двенадцатипульсовой схемы выпрямления являются лучшее использование трансформатора по мощности и уменьшение амплитуды пульсаций выпрямленного напряжения. Временные диаграммы работы двенадцатипульсового выпрямителя представлены на рис. 7.2.

31

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с однолинейной схемой выпрямительного агрегата (рис. 7.3). Включить стенд выключателем «СЕТЬ». Убедиться, что все три индикатора напряжения в фазах питающей сети светятся. Выключатель «РЕЖИМ РАБОТЫ ВЫПРЯМИТЕЛЯ» поставить в положение «БЕЗ Ld». Регуляторы «Ток уставки Ф1» и «Ток уставки Ф2» повернуть в крайнее правое положение (по часовой стрелке до упора вправо).

2. Включить выключатель, имитирующий масляный выключателя ВМТ-10. Для этого необходимо нажать кнопку «ВКЛ» ВМТ на панели управления. После включения ВМТ выпрямительный агрегат работает на холостом ходу. Напряжение на шинах выпрямительного агрегата показывает вольтметр Ud. Величину напряжения холостого хода следует записать в таблицу 7.1.

u2 a b c a b c

t

ud

Ud t

t

Рис. 7.2. Временные диаграммы работы 12-пульсового выпрямителя

32

3. Снять внешнюю характеристику выпрямительного агрегата Ud = f(Id). Для этого следует сначала установить в крайнее левое положение (повернуть против часовой стрелки) регуляторы «НАГРУЗКА» первого Ф1 и второго Ф2 фидеров.

3.1.Включить выключатели, имитирующие фидерные быстродействующие выключатели ВАБ-43. Для этого следует нажать кнопки «ВКЛ» Ф1 и «ВКЛ» Ф2 на панели управления.

3.2.Плавно вращая регуляторы «НАГРУЗКА» сначала Ф1, а затем Ф2,

записать показания вольтметра Ud в зависимости от тока нагрузки. Ток нагрузки является суммой токов, которые показывают амперметры первого Ф1 и второго Ф2 фидеров. Результаты измерения занести в таблицу 7.1.

Внимание! Не следует увеличивать ток одного фидера более 4 А.

3.3. По результатам из таблицы 7.1 построить график внешней характеристики выпрямителя.

ВМТ

Т

3 ТПЕД

+

2

_

Ф1 Ф2

РБФАУ

КС

1

рельс

Рис. 7.3. Однолинейная схема выпрямительного агрегата

4. Исследовать временные диаграммы работы выпрямительного агрегата. Для этого регуляторами «НАГРУЗКА» установить ток в каждом фидере по 1 А.

Для наблюдения напряжений и токов в контрольных точках схемы следует подключать осциллограф в таком порядке: к нижней контрольной точке

33

подключается общий провод щупа осциллографа, к верхней точке – сигнальный. Амплитуда напряжения отсчитывается по масштабной сетке осциллографа, амплитуда тока определяется по закону Ома по падению напряжения на измерительных резисторах сопротивлением 0,1 Ом.

Сначала измеряют и зарисовывают график напряжения на фазе вторичной обмотки трансформатора, включённой по схеме «звезда». Осциллограф подключают к контрольным точкам U2Y. Затем измеряют и зарисовывают график напряжения на фазе вторичной обмотки трансформатора, включённой по схеме «треугольник». Осциллограф подключают к контрольным точкам U2 .

График выпрямленного напряжения Ud наблюдают, подключив осциллограф к контрольным точкам Ud. Осциллограф при этом включают на режим измерения переменного напряжения, т. к. величина пульсаций по сравнению с постоянной составляющей выпрямленного напряжения весьма мала.

Токи вентильных плеч измеряют, подключая осциллограф к контрольным точкам IаY и Ia . Токи в фазах вторичных обмоток трансформатора измеряют в контрольных точках I2Y и I2 .

Обратное напряжение на закрытом вентиле Ubmax измеряют, подключая осциллограф к контрольным точкам Ub.

5. Исследование работы релейной защиты выпрямительного агрегата.

5.1.Включить выключатели ВМТ, БВ Ф1 и БВ Ф2. Включить тумблер МТЗ (максимальная токовая защита) на панели управления. Отметить, какие выключатели (ВМТ-10, БВ Ф1 или БВ Ф2) отключатся. Отключить тумблер МТЗ.

5.2.Включить выключатели ВМТ, БВ Ф1 и Ф2. Включить тумблер БЗЗ (земляная защита). Отметить, какие выключатели отключатся.

5.3.Включить выключатели ВМТ, БВ Ф1 и Ф2. Установить в крайнее левое положение (повернуть против часовой стрелки) регуляторы «НАГРУЗКА» первого Ф1 и второго Ф2 фидеров. Установить в среднее положение (повернуть против часовой стрелки) регуляторы «УСТАВКА» первого Ф1 и второго Ф2 фидеров. Плавно вращая регуляторы «НАГРУЗКА» сначала Ф1, а затем Ф2, добиться отключения выключателей БВ Ф1 или БВ Ф2. Отметить величину тока фидера, при котором произошло отключение.

5.4.Письменно объяснить результаты эксперимента.

6. Выключить стенд выключателем «СЕТЬ».

Содержание отчёта

1.Схема двенадцатипульсового выпрямителя.

2.Однолинейная схема стенда.

3.Таблица и график внешней характеристики выпрямительного агрегата.

4.Временные диаграммы работы.

5.Письменное пояснение работы релейной защиты выпрямительного агрегата. Для удобства запоминания основных соотношений токов и напряжений в

трёхфазном двенадцатипульсовом выпрямителе заполните таблицу.

34

Контрольные вопросы

1.Нарисуйте схему двенадцатипульсового выпрямителя.

2.Напишите основные расчетные формулы.

3.Перечислите преимущества схемы двенадцатипульсового выпрямителя.

4.Нарисуйте временную диаграмму работы и поясните вид графиков тока I2Y

иI2 в обмотках трансформатора.

5.Как релейная защита реагирует на короткое замыкание в контактной сети?

6.Как релейная защита реагирует на пробой вентильного плеча выпрямителя?

7.Как релейная защита реагирует на пробой изоляции между шинами выпрямителя?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Исследование трёхфазных управляемых выпрямителей

Цель работы: изучение теории работы трёхфазных управляемых выпрямителей, экспериментальное определение зависимости выпрямленного напряжения от угла регулирования, построение семейства внешних характеристик.

Краткие теоретические сведения

С помощью управляемых выпрямителей решаются задачи плавного регулирования выпрямленного напряжения в результате изменения угла регулирования α, задающего момент включения тиристоров относительно точки естественной коммутации.

Рассмотрим схему трёхпульсового управляемого выпрямителя на тиристорах. Схема представлена на рис. 8.1.

А В С

-

U2, I2

СУ

+

Рис. 8.1. Схема трёхпульсового управляемого выпрямителя на тиристорах

35

От схемы выпрямителя на диодах (рис. 3.1) она отличается наличием схемы управления тиристорами СУ, которая формирует управляющие импульсы для отпирания тиристоров. Применяется фазоимпульсное управление, при котором управляющий импульс поступает с задержкой по времени относительно момента естественной коммутации. Время задержки открывания тиристора, выраженное в долях синусоиды, называется углом управления α. Временная диаграмма работы трёхпульсового управляемого выпрямителя при активной нагрузке представлена на рис. 8.2.

Ub.max

Рис. 8.2. Временная диаграмма работы трёхпульсового управляемого выпрямителя при активной нагрузке

При работе на активную нагрузку можно выделить два характерных режима работы управляемого выпрямителя:

-режим непрерывных токов, когда угол регулирования 0 ≤ α ≤ π6 ;

-режим прерывистых токов, когда угол регулирования π6 < α ≤ 56π .

36

Выпрямленное напряжение будет зависеть от значения угла регулирования α. Рассчитаем величину выпрямленного напряжения. Для режима непрерывных токов:

Для режима прерывистых токов:

где U2m – амплитудное значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора; Ud0 – напряжение холостого хода выпрямителя при α = 0.

Как следует из представленной зависимости, управляемый выпрямитель может только уменьшать выходное напряжение относительно величины выходного напряжения неуправляемого выпрямителя, поскольку при α = 0 тиристоры работают как обычные диоды.

Трёхпульсовый управляемый выпрямитель имеет такие же недостатки, как и неуправляемый, – подмагничивание сердечника трансформатора постоянной составляющей тока нагрузки и большую габаритную мощность трансформатора ST = 1,35Pd0. Ток вентильного плеча Ia = Id/3 и обратное напряжение на вентильном

плече Ub.max = 2,09Ud0 имеют значения, аналогичные значениям, рассчитанным по формулам (3.2) и (3.3) для режима α = 0. На вентильное плечо тиристоров,

открывание которого задерживается на угол α, действует также прямое напряжение U a = U 2m sinα . Из-за этого в момент открывания тиристоров фазы,

вступающей в работу, к тиристорам фазы, выходящей из работы, мгновенно прикладывается значительное запирающее напряжение, равное 6 U 2ф sinα .

Коммутация вентильных токов управляемого выпрямителя зависит от тока нагрузки и от угла регулирования [1] и может быть определена из уравнения

где Id – ток нагрузки выпрямителя; Ха – индуктивное сопротивление трансформатора; U2 – фазное напряжение обмотки трансформатора.

37

Внешняя характеристика управляемого выпрямителя представляет собой семейство зависимостей Ud = f(Id, α). В зависимости от угла регулирования α уменьшается величина Ud0α, а угол наклона внешней характеристики определяет процесс коммутации вентильных токов. Вид семейства внешних характеристик управляемого выпрямителя представлен на рис. 8.3.

Ud

Ud0α0 α=0

Ud0α1 α=100

Ud0α2 α=200

Id

Рис. 8.3. Семейство внешних характеристик управляемого выпрямителя

Порядок выполнения работы

1. Установить в стенд «Управляемые выпрямители тяговых подстанций» сменный блок со схемой трёхфазного мостового выпрямителя (рис. 8.4).

38

2.Включить стенд тумблером «Сеть». Убедиться по свечению трёх индикаторов в наличии всех трёх фаз трёхфазной сети. Если хотя бы один индикатор не светится, немедленно выключить стенд и сообщить об этом преподавателю.

3.Установить переключатель «Угол регулирования α» в положение 0. Установить переключатель «Нагрузка» в крайнее левое положение (ток нагрузки равен нулю, холостой ход). Записать показание вольтметра Ud в таблицу 8.2.

Таблица 8.2

Внешние характеристики трёхфазного мостового управляемого выпрямителя

4.Снять семейство внешних характеристик трёхфазного мостового управляемого выпрямителя при α = 0 и α = 5, 10, 15 или 20 0Эл по указанию преподавателя. Результаты измерения Ud и Id занести в таблицу 8.2.

5.Установить переключатель «Нагрузка» в положение 2 (средний ток). Зарисовать графики токов и напряжений в характерных точках схемы:

- фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора U2 (контрольные точки 3 и 4);

- ток фазы вторичной обмотки трансформатора I2 (точки 4 и 8); - ток в тиристоре VS1 (точки 11 и 12);

- выпрямленное напряжение Ud (точки 17 и 18).

6.Установить переключатель «Нагрузка» в положение 3 (максимальный ток). Подключить осциллограф к контрольным точкам 17 и 18. Измерить угол

коммутации вентильных токов γ при разных углах регулирования α. Результаты измерения занести в таблицу 8.3.

Таблица 8.3

Зависимость угла коммутации вентильных токов γ от угла регулирования α

в трёхфазном мостовом управляемом выпрямителе

Письменно объяснить результаты эксперимента. Выключить стенд выключателем «Сеть».

7. Установить в стенд «Управляемые выпрямители тяговых подстанций» сменный блок со схемой выпрямителя «Две обратные звезды с уравнительным реактором» (рис. 8.5).

Включить стенд выключателем «Сеть».

39

суравнительным реактором»

8.Установить переключатель «Угол регулирования α» в положение 0. Установить переключатель «Нагрузка» в крайнее левое положение (ток нагрузки равен нулю, холостой ход). Записать показание вольтметра Ud в таблицу 8.4.

Таблица 8.4

Внешние характеристики трёхфазного управляемого выпрямителя «Две обратные звезды с уравнительным реактором»

9.Снять семейство внешних характеристик трёхфазного управляемого выпрямителя «Две обратные звезды с уравнительным реактором» при α = 0 и

α= 5, 10, 15 или 20 0Эл по указанию преподавателя. Результаты измерения Ud и Id занести в таблицу 8.4.

10.Установить переключатель «Нагрузка» в положение 2 (средний ток). Зарисовать графики токов и напряжений в характерных точках схемы:

-фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора U2 (контрольные точки 1 и 2);

-ток фазы вторичной обмотки трансформатора I2 и ток в тиристоре VS1

(точки 5 и 6);

40