Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 16 )

Выпрямленное напряжение содержит постоянную составляющую Ud  и наложенную на неё переменную составляющую Ud≈, имеющую трёхкратную частоту по отношению к частоте сети. Коэффициент пульсаций напряжения на выходе выпрямителя

                                                                       (18)

Обратное напряжение uобр.  приложенное к неработающему вентилю, равно междуфазному напряжению вторичных обмоток трансформатора, так как анод закрытого вентиля присоединен к одной из фаз, а катод через работающий вентиль присоединен к другой фазе вторичной обмотки Тс. На рис. 9.3, г показана кривая обратного напряжения uобр между анодом и катодом вентиля VD1.

Максимальное значение uобр равно амплитуде междуфазного (линейного) напряжения вторичной обмотки Тc:

В                                                                (19)

Ток в нагрузке равен отношению выпрямленного напряжения к сопротивлению нагрузки, т. е. id = ud/Rd. Среднее значение выпрямленного тока в нагрузке

А                                                                                (20)

Каждый вентиль в данной схеме работает один раз за период в течение 1/3 Т. Следовательно, среднее значение тока через вентиль в 3 раза меньше тока нагрузки, т. е. Iа действ. = 1/3 Id. Действующее значение токов во вторичной обмотке I2 и вентиля Iа. действ  в А определяется формулой

                                                               (21)

При одинаковом числе фаз первичной и вторичной обмоток трансформатора

Тc (m1=т2) и одинаковых схемах соединения обмоток (звезда-звезда) действующее значение первичного фазного тока I1 меньше приведенного значения тока I2/, так как в кривой тока первичной обмотки отсутствует постоянная составляющая, которая не трансформируется, т. е.

                                                               (22)

Поочередное прохождение однонаправленных токов по вторичным обмоткам трансформатора, которые не полностью компенсируются токами первичной обмотки, создает во всех трех сердечниках поток Фо одного направления, значение которого изменяется с тройной частотой в соответствии с пульсацией анодного тока и который замыкается через воздух и кожух трансформатора. Наличие потока однофазного или вынужденного намагничивания Фо в сердечниках приводит к увеличению намагничивающего тока трансформатора, а также к необходимости увеличения сечения сердечника во избежание его насыщения.

Типовая мощность трансформатора при соединении вторичных обмоток в звезду без учета повышения массы магнитной системы, вызванного наличием потока Фо, равна:

                                       (23)

Трехфазная мостовая система.

Выпрямитель в данной схеме состоит из трансформатора, первичные и вторичные обмотки которого соединяются в звезду или треугольник, и шести вентилей, которые могут быть разбиты на две группы (рис. 9.4,а):

Обратное напряжение на закрытом вентиле определяется разностью потенциалов его катода и анода. Ординаты кривой uобр. для вентиля VD1 показаны на рис.9.4,б штриховкой, а на рис.9.4, е кривая иобр изображена полностью.

Максимальное значение обратного напряжения на вентиле в трехфазной мостовой схеме равно амплитуде линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Выпрямленный ток id при работе на чисто активную нагрузку полностью повторяет кривую иd (см. пунктирную кривую на рис. 9.4,в).

Соотношения между напряжениями и токами в трехфазной мостовой схеме приведены в таблице 1.

Рис. 9.4. Трёхфазная мостовая схема выпрямителя (схема Ларионова).

а–соединение элементов; б-е диаграммы напряжений и токов.

7. Выключатели автоматические общего назначения

Выключатели изготовляются в основном на токи от 6,3 до 6300 А и напряже­ния до 1000 В переменного тока и 440 В постоянного тока в соответствии со стан­дартизованными шкалами токов и напряжений. Та или иная серия охватывает часть шкалы. Отдельные серии выполняются на большие токи. По числу полюсов выключатели выпускаются одно-, двух-, трех - и четырехполюсными.

Выключатели состоят из следующих основных элементов: главной контактной системы (главных контактов), дугогасительной системы, привода, расцепляющего устройства, расцепителей и вспомогательных контактов.

Главная контактная система. Это определяющий элемент выключателя. Си­стема должна удовлетворять двум основным требованиям: 1) обеспечивать, не перегреваясь и не окисляясь, продолжительный режим работы при номинальном токе и 2) быть способной, не повреждаясь, включать и отключать большие токи короткого замыкания, достигающие в современных промышленных установках 75 — 100 кА, а в отдельных энергоемких производствах с короткими сетями — 150 — 200 кА. В связи с этим в выключателях на средние и большие токи с высокой отключающей способностью применяются многоступенчатые контактные системы, состоящие, например, из основных и дугогасительных контактов.

Использование металлокерамики позволяет в современных конструкциях вы­ключателей на большие токи применять преимущественно двухступенчатые кон­тактные системы, а в выключателях на малые и средние (до 630 А) токи — односту­пенчатые (мостиковые, рычажные).

Контактные системы на средние и большие токи выполняются с компенсацией электродинамических сил. Наиболее эффективным следует считать принцип элек­тродинамической компенсации рис. д.  Компенсирующее усилие здесь (как и электродинамические силы) растет пропорционально квадрату тока и систему можно выполнить так, что компенсирующая сила будет всегда превосходить от­брасывающую силу. Электромагнитная компенсация (см. рис. 4-20, е) становится не­эффективной при больших токах, так как при насыщении (при токах 10 — 25 кА) компенсирующее усилие мало возрастает с увеличением тока, в то время как от­брасывающая сила продолжает возрастать пропорционально квадрату тока.

Следует отметить, что в отдельных конструкциях отбрасывающее электродина­мическое усилие в контактах используется для получения токоограничивающего эффекта (быстродействия) выключателя.

Кинематика выключателя выполняется так, что за время отброса контакта под действием электродинамических сил происходит расцепление контактной системы и контакты расходятся. Повторного замыкания контактов не происходит.

Рис. 4-20. Примеры электродинамической и электромагнитной компенсации электродинами­ческих сил

Р — контактное нажатие; F1—отбрасываю-щие усилия; F2— компенсирующие усилия

Повышение номинальных токов контактных систем возможно за счет примене­ния жидкостного, в частности водяного, охлаждения, а повышение номинальных токов выключателей — еще и за счет применения параллельных контактных систем.

Дугогасительная система.

Эта система должна обеспечивать отключение больших токов короткого замыкания в ограниченном объеме. Под воздействием возни­кающих электродинамических сил дуга быстро растягивается и гаснет, но ее пламя занимает очень большое пространство. Задача дугогасительного устройства заклю­чается в том, чтобы ограничить размеры дуги и обеспечить ее гашение в малом объеме. С этой целью широкое распространение получили камеры с дугогаси­тельными решетками и камеры с узкими щелями. В современных конструкциях все большее применение находят пламегасительные решетки, образуя такие комбини­рованные устройства, как камера с дугогасительной решеткой плюс пламегаситель - ная решетка, камера с дугогасительной решеткой в узкой щели плюс пламегасительная решетка и т. п.

Как правило, магнитное поле дугогашения в выключателях создается самим контуром тока. Система с последовательной дугогасительной катушкой по прин­ципу, показанному на рис. 6-14, не может применяться в выключателях — в цепи главных контактов из-за больших токов, а в цепи дугогасительных контактов из-за большой индуктивности катушки. Контактная система может рассматриваться как одновитковая дугогасительная катушка. Электродинамические силы контура тока (особенно при коротких замыканиях) обеспечивают быстрое перемещение дуги по контактам, а также в камере.

Дугогасительные решетки с прямыми и U-образными стальными пластинами создают дополнительные силы, перемещающие дугу в камере. Для создания допол­нительного магнитного поля дугогашения может быть применена система с после­довательной дугогасительной катушкой в рассечке рогов. Катушка (а следовательно, и поле) включается самой дугой, как только последняя достигнет рогов и перемкнет рассечку. Катушка обтекается током только во время гашения и может быть выполнена малого сечения.