§68. Трансформаторы для вентильных преобразователей

При использовании трансформаторов в вентильных преобразовательных установках в их вторичные обмотки включают электрические вентили, пропускающие ток только в одном направлении. Характерной особенностью этих трансформаторов является неодновременная нагрузка отдельных фаз, связанная с поочередным отпиранием вентилей, включенных в соответствующие фазы. Поэтому в каждый момент времени трансформатор нагружен несимметрично. Это обстоятельство вызывает ряд неблагоприятных последствий, основными из которых являются наличие в кривых первичного I1 и вторичного I2 токов значительных высших гармоник и дополнительное подмагничивание сердечника при некоторых схемах выпрямления.

Схемы соединения обмоток. В рассматриваемых трансформаторах различают сетевую обмотку, подключаемую к питающей сети, и вентильную обмотку, к которой подключаются вентили преобразователя.
В выпрямительных установках однофазного тока, применяемых на э. п. с, используют полупроводниковые вентили, включенные по мостовой схеме. В этих установках применяют двухобмоточные трансформаторы. В выпрямительных установках тяговых подстанций электрифицированных дорог постоянного тока используют трансформаторы, у которых вентильная обмотка включена по схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором» (рис. 228, а). В этой схеме три фазы a-0; b-0 и c-0 вентильной обмотки образуют «прямую звезду», а другие три фазы a1-01; b1-01 и c1-01, расположенные на тех же стержнях трансформатора,—«обратную звезду». Обмотки фаз включены таким образом, что э. д. с, индуцируемые в фазах «прямой звезды», сдвинуты на 180° относительно э. д. с. соответствующих обмоток «обратной звезды». В результате обеспечивается преобразование трехфазного тока в шестифазный, так как напряжения Ua, Uc1, Ub, Ua1, Uc и Ub1, индуцируемые в фазах а-0, с1-01, b-0, а1-01, с-0, b1-01, сдвинуты относительно друг друга на угол 60° (рис. 228,б). Уравнительный

Рис. 228. Схема трансформатора с соединением вентильной обмотки по схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором» (а) и векторная диаграмма напряжений (б)Рис. 228. Схема трансформатора с соединением вентильной обмотки по схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором» (а) и векторная диаграмма напряжений (б)

реактор УР, включаемый между нулевыми точками 0 и 0\ двух «звезд», обеспечивает возможность параллельной работы двух соседних фаз на общую выпрямительную нагрузку при сдвиге индуцируемых в них э. д. с. на угол 60°.

Условия работы трансформатора. В трансформаторах для вентильных преобразователей по первичной и вторичной обмоткам протекают несинусоидальные токи, содержащие ряд высших гармоник. Происходит это по следующим причинам:

вентили, включенные в цепи отдельных фаз вторичной обмотки, пропускают ток только в течение части периода;

на стороне постоянного тока преобразователя обычно включают сглаживающий реактор значительной индуктивности, при котором токи в обмотках трансформатора имеют форму, близкую к прямоугольной.

В общем случае токи i1 и i2 имеют разное действующее значение, вследствие чего габаритные размеры и масса таких трансформаторов всегда больше, чем у трансформаторов той же номинальной выходной мощности, но работающих при синусоидальном токе. Физически это объясняется тем, что нагрев обмоток трансформатора определяют действующие значения токов i1 и i2, которые в данном случае содержат ряд высших гармоник. При работе же трансформатора в цепи синусоидального тока высших гармоник не будет, действующие значения токов i1 и i2 и нагрев трансформатора при той же выходной мощности будут меньшими, поэтому он может быть выполнен с меньшими габаритными размерами и массой.

В качестве номинальной мощности трансформаторов для вентильных преобразователей принято считать не выходную мощность Pd НОМ, отдаваемую преобразователем при номинальной нагрузке на стороне постоянного тока, а типовую мощность

ST = (S1 ном+S2 ном)/2

где S1ном и S2ном — номинальные мощности первичной и вторичной обмоток.

Типовая мощность рассматриваемого трансформатора SТ больше его выходной мощности Pd НОМ. Например, при однофазной мостовой схеме выпрямления и идеально сглаженном токе ST = 1, 11 Pd НОМ, при нулевой — ST= 1, 34Pd НОМ.