Выпрямительная схема с уравнительным реактором: схема, принцип работы.

Силовой трансформатор данной схемы имеет на каждом стержне две одинаковые вторичные обмотки, которые соединяются в две звезды – прямую a-b-c и обратную x-y-z (рис.1.а).

К свободным началам вторичных обмоток одной звезды присоединяются аноды нечетной группы вентилей В₁ – В₃ – В₅, к концам обмоток другой звезды – аноды вентилей четной группы В₂ –В₄ – В₆. Нагрузка R_d включается между средней точкой 0 уравнительного реактора УР, связывающего нулевые точки звезд 0₁ и 0₂, и общей точкой катодов вентилей, которая является положительным полюсом выпрямителя.

Эту схему можно рассматривать как параллельное соединение двух трехфазных выпрямителей с нулевой точкой, фазные напряжения питания которых u_2a – u_2b – u_2c и u_2x – u_2y – u_2z (на рис.1, б эти напряжения показаны соответственно сплошными и пунктирными линиями) сдвинуты по фазе относительно друг друга на 60°. Уравнительный реактор выравнивает мгновенные значения напряжений двух вторичных обмоток. Это происходит под действием уравнительного напряжения u_k (на рис.1, б  показано заштрихованными криволинейными треугольниками), которое наводится в полуобмотках реактора УР. По контуру: дроссель, фаза и работающий вентиль – проходит намагничивающий ток дросселя, имеющий тройную частоту по отношению к частоте сети (рис.1, д). При выполнении УР с замкнутым стальным сердечником намагничивающий ток I_ур = I_dкрит составляет не более 1% номинального тока нагрузки I_dн. В любой момент времени через две вторичные обмотки разных звезд проходят одновременно в противоположных направлениях токи, что исключает явление вынужденного намагничивания сердечника трансформатора, характерное для трехфазной нулевой схемы выпрямления.

рис.1 Трехфазный выпрямитель с уравнительным реактором
а — схема; б-д — диаграммы токов и напряжений

Кривая выпрямленного напряжения u_d расположена посредине между вторичными напряжениями отдельных систем и изображена на рис.1, б утолщенной черной линией. Частота пульсаций кривой u_d равна 6f₁, коэффициент пульсаций напряжения на выходе выпрямителя q=0,057. Среднее значение выпрямленного напряжения (при работе схемы в режиме двойной трехфазной звезды) равно:

U_d0 = 1.17U_2ф

Токи в вентилях имеют форму прямоугольников длительностью 1/3Т и высотой I_d /2, ограниченных сверху кривой линией. Среднее значение тока вентиля I_a.ср=1/6 I_d. Соотношения между другими величинами для данной схемы приведены в

Двойная трехфазная схема с уравнительным реактором при незначительном (критическом) токе нагрузки I_d крит начинает работать как шестифазная схема с нулевым выводом, так как уравнительный реактор в этом случае не создает добавочного напряжения u_k, а его полуобмотки играют роль анодной индуктивности. Напряжение холостого хода выпрямителя возрастает до значения U_d0 = 1,35 U_2ф, так как выпрямленное напряжение формируется верхушками синусоид переменных напряжений шириной 60°, и превосходит примерно на 15% напряжение U_d0 при трехфазном режиме работы схемы.

Произведем сравнение достоинств трехфазных схем выпрямления при одинаковых значениях мощности P_d, напряжения U_d, отсутствия параллельного и последовательного соединения вентилей в плечах выпрямителей.

Трехфазная схема с нулевой точкой:

1. Схема простая. Число вентилей в 2 раза меньше, чем в мостовой или двойной трехфазной схемах.
2. Меньше потери в вентилях, так как в данной схеме ток проходит через один диод, а в мостовой последовательно через два диода.

Трехфазная мостовая схема:

1. Обратное напряжение, прикладываемое к вентилям, в 2 раза меньше, чем в схемах с нулем и уравнительным реактором.
2. Вдвое меньше напряжение (число витков) вторичной обмотки, но сечение провода в 1,41 раз больше.
3. Нет вынужденного намагничивания сердечника. Нормальное исполнение обмоток трансформатора.
4. Габаритная мощность трансформатора на 30% меньше, чем в схеме с нулем, и на 26% меньше, чем в схеме с уравнительным реактором, ток первичной обмотки имеет форму синусоиды.

Трехфазная схема с уравнительным реактором:

1. Токи в фазах первичной обмотки трансформатора являются чисто переменными, нет подмагничивания сердечника.
2. Частота основной гармоники переменной составляющей выпрямленного напряжения, как и в мостовой схеме, в 2 раза выше и почти в 4,5 раза меньше, чем в нулевой схеме.

Преимущества трехфазной схемы с нулевой точкой проявляются в случае, если главным требованием является простота выпрямителя или используются треханодные вентили с общим катодом, например трехфазный ртутный вентиль типа РМ-200.

При применении полупроводниковых вентилей преимущества имеет мостовая схема, которая может работать непосредственно от сети, если напряжение U₁ подходит по величине для получения нужного значения U_d и не требуется изоляция от питающей сети цепи выпрямленного тока.

Выпрямитель с уравнительным реактором в связи с наличием трансформатора с двумя вторичными обмотками и реактора уступает мостовой схеме. Однако для выпрямителей на низкое напряжение около 100В и большой ток 500-100А целесообразно применять схему с уравнительным реактором, так как нагрузочный ток в этой схеме проходит параллельно через два вентиля, а в трехфазной мостовой – последовательно через два вентиля.

Это обстоятельство позволяет уменьшить число установленных вентилей и получить более высокий к.п.д. выпрямителя на значительный I_dн, когда I_а.расч >I_а.ном, и в мостовой схеме приходится применять параллельное соединение вентилей.