Выпрямители для возбуждения синхронных генераторов

В современных турбогенераторах (ТГ) мощностью 200−800 МВт обмотки возбуждения (ОВ) питаются не от ГПТ, а от генераторов переменного тока частотой f = 500 Гц. При мощности ТГ до 500 МВт применяют неуправ­ляемые выпрямители, выполненные по трехфазной мостовой схеме. Кон­структивно выпрямитель выполнен в шкафу, используется воздушно-водяное охлаждение с замкнутой циркуляцией воздуха.

ТГ на 800 МВт имеет тиристорные преобразователи, которые вып­рямляют переменный ток вспомогательного генератора и питают обмотку возбуждения ТГ. Охлаждение тиристоров – водяное через изолирующую лавсановую пленку.

В настоящее время разработаны и используются первые безщеточные системы возбуждения генераторов, в которых диодные преобразова­тели вращаются вместе с ротором генератора. Для этого требуются специальные вентили, способные работать с большими центробежными ускорениями и обладающие высокой надежностью.

Сглаживающие фильтры

Предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Для одного полупериодного выпрямителя – p = U_н(1)/U_н.ср = 1,57;

Для двух полупериодных выпрямителей р = 0,67;

Для трехфазного с нулевым выводом р = 0,25;

Для трехфазного мостового Р = 0,057.

Для многих электронных устройств работа недопустима с такими коэффициентом пульсаций p. Для электронных основных усилительных каскадов р нужен 10⁻⁴–10⁻⁵, для входных усилительных каскадов 10⁻⁶−10⁻⁷.

Основными элементами сглаживающих фильтров являются конденсаторы, индуктивные катушки, транзисторы, у которых сопротивления различны для постоянного и переменного токов. Эффективность сглаживающего фильтра характеризует коэффициент сглаживания S = P_вх/P_вых, где P_вх − коэффициент пульсации на входе фильтра; Р_вых − коэффициент на выходе фильтра.

По количеству элементов различают однозвенные и многозвенные фильтры.

Емкостный фильтр с одним диодом представлен на рис.15.5.

а)

б)

Рис.15.5. Емкостной фильтр с одним диодом: а - схема фильтра; б - временные диаграммы

При U₂ > U_c конденсатор заряжается через открытый VD (интервал t₁–t₂ ) до амплитуды U_2m. Затем разряжается, когда U₂ < U_с (интервал t₂−t₃):

.

С_ф выбирают так, чтобы для основной гармоники

Х_с._осн = 1/2 f_осн.С_ф<< R_н

при С_ф R_н 10T , коэффициент пульсаций р ≤ 10⁻².

Емкостной фильтр в мостовой схеме выпрямления представлен на рис.15.6.

а б

Рис.15.6 . Емкостной фильтр с мостовым выпрямителем: а - схема фильтра; б - характеристики

Коэффициент сглаживания фильтра S_c = mωC_фR_н, где m − число пульсаций С_ф = 1/2 f_осн R_н. Емкостной фильтр применяется при токах нагрузки до 30 мА.

Индуктивный фильтр(рис.15.6).

а б

Рис.15.6. Индуктивный фильтр: а - схема фильтра; б - характеристики

X_L = 2 fL; Rф = 0; X_L >> R_н

Коэффициент сглаживания

S_L = mωL_ф/ R_н,

L_ф подавляет переменную составляющую тока, а постоянный ток пропускает беспрепятственно.

Недостаток: большие габариты и масса катушки. Применяется в трехфазных выпрямителях большой и средней мощности при больших токах катушки. На малые мощности применять нецелесообразно.

Г-образный LC-фильтр − это простейший многозвенный фильтр (рис.15.7).

Рис.15.7. Г-образный LC-фильтр

Для хорошего сглаживания необходимо: mωL_ф >> R_н ; mωC_ф << R_н,

Тогда коэффициент сглаживания S_г = S_L S_c = m²ω²L_ф C_ф

Обычно рассчитывают

L_ф C_ф = S_г/ m²ω²

затем выбирают стандартное значение С_ф и рассчитывают L_ф.

Г-образный RC-фильтр представлен на рис.15.8.

Рис.15.8. Г-образный RC-фильтр

Если R_H/(R_H + R_Ф) = 0,5¸0,9, то падение постоянной составляющей напряжения мало на R_ф. При Х_с << R_ф переменная составляющая напряжения на R_ф больше, чем на R_H. Коэффициент сглаживания

S_Г(КС) = (0,5¸0,9) nwR_Ф C_Ф

Внешней характеристикой выпрямителей является зависимость U_H(I_H).

С емкостным фильтром − это амплитуда выпрямленного напряжения, а без фильтра − − это среднее значение при холостом ходе.

ВАХ выпрямителей представлены на рис.15.9.

Рис.15.9.ВАХ выпрямителей