Недостатки

Процесс производства и потребления электрической энергии неизбежно связан с ее преобразованием. Преобразование электроэнергии осуществляется в электроэнергетике

К числу основных видов преобразования электрической энергии относятся:

1. Выпрямление переменного тока — преобразование переменного тока (обычно промышленной частоты) в постоянный ток. Этот вид преобразования получил наибольшее развитие, так как часть потребителей электрической энергии может работать только на постоянном токе (электрохимические и электрометаллургические установки, линии передачи постоянного тока, электролизные ванны, заряжаемые аккумуляторные батареи, радиотехническая аппаратура и т.д.), другие же потребители имеют на постоянном токе лучшие характеристики, чем на переменном токе (регулируемые электродвигатели).

2. Инвертирование тока — преобразование постоянного тока в переменный. Инвертор применяется в тех случаях, когда источник энергии генерирует постоянный ток (электромашинные генераторы постоянного тока, аккумуляторные батареи и другие химические источники тока, солнечные батареи, магнитогидродинамические генераторы и т.д.), а для потребителей нужна энергия переменного тока. В ряде случаев инвертирование тока необходимо при других видах преобразования электрической энергии (преобразование частоты, преобразование числа фаз).

3. Преобразование частоты — преобразование переменного тока одной частоты (обычно 50 Гц) в переменный ток другой частоты. Такое преобразование необходимо для питания регулируемых электроприводов переменного тока, установок индукционного нагрева и плавки металлов, ультразвуковых устройств и т. д.

4. Преобразование числа фаз. В ряде случаев встречается необходимость в преобразовании трехфазного тока в однофазный (например, для питания дуговых электропечей) или, наоборот, однофазного в трехфазный. Так, на электрифицированном транспорте используется контактная сеть однофазного переменного тока, а на электровозах используются вспомогательные машины трехфазного тока. В промышленности используются трехфазно-однофазные преобразователи частоты с непосредственной связью, в которых наряду с преобразованием промышленной частоты в более низкую происходит и преобразование трехфазного напряжения в однофазное.

Передача электроэнергии в системах высоковольтного электроснабжения осуществляется по трехфазным линиям переменного тока. Поступающая на ТП ээ подвергается двойному преобразованию. На первой ступени производится понижение трехф напряжения до необходимого уровня , на второй- преобразование переменного напряжения в постоянный.

Потери энергии в питающих линиях и кабелях ТС (при выбранных сечениях проводников) зависят только от расположения подстанций и точек подключения их к контактной и рельсовой сетям.

Для реализации на ТП первой ступени преобразования используются трехфазные понизительные трансформаторы, с различными схемами включения вторичных обмоток. Поскольку параметры обмоток и их количество существенно влияют на потери энергии в трансформаторе то необходимо отыскать оптимальный вариант исполнения тягового трансформатора ( по схеме включения обмоток и их параметрам), позволяющий при одинаковой мощности иметь минимальные потери.

Преобразование трехфазного переменного напряжения в постоянное на тп осущ при помощи выпрямителей, выполненных по мостовой схеме.

(Трехфазная мостовая схема выпрямления(рис. 5.8, а) состоит из шести диодов, которые образуют две группы: с общим катодным выводом (V1, V3и V5) и общим анодным выводом (V2, V4и V6). Диоды подключаются непосредственно к сети или через трансформатор, первичные и вторичные обмотки которого соединены в звезду или треугольник.
В нечетной группе (V1, V3и V5) в течение каждой трети периода работает тот диод, у которого выше потенциал вывода (рис. 3, б), например, интервал а —6 для диода V1. В четной группе в этот интервал времени работает тот диод, у которого катодный вывод имеет наиболее отрицательный потенциал (интервал а— „для диода V6и „— 6для диода V2) по отношению к общей точке анодных выводов. Таким образом, в интервале а—„(см. рис. 3, 6) ток гн проходит от фазы атрансформатора через диод V1, нагрузку Rн,диод V6, к фазе bтрансформатора (см. рис. 3, а). В интервале „—6(см. 3, 6) ток проходит через диод V1, нагрузку Rни диод V2(отмечено пунктирной линией). )

• Преимущества трехфазной мостовой схемы:

• 1) минимальная расчетная мощность трансформатора, трансформатор

• работает в хорошем режиме, нет потока вынужденного намагничивания;

• 2) самое маленькое обратное напряжение на вентиле;

• 3) самое большое выпрямленное напряжение при том же фазном;

• 4) малые пульсации;

• 5) возможность применения бестрансформаторной схемы.

• Недостаток:двойное падение напряжения на вентилях

Мостовые шестипульсные схемы относятся к наиболее популярным схемам в основном из-за оптимального соотношения стоимости и качества выходных характеристик

Выпрямитель «три параллельных моста» имеет большую надёжность, чем выпрямитель по схеме Ларионова». При обрыве (выгорании) 5/6 диодов выпрямитель Ларионов» становится полностью неработоспособным, а выпрямитель «три параллельных моста», в случае оставшихся диодов в противоположных плечах одного моста, ещё даёт около 1/6 от полной мощности, чего может хватить, чтобы «дотянуть» до ремонта. В этом выпрямителе средний ток через один диод почти вдвое меньше, чем в выпрямителе Ларионова, а такие диоды дешевле и доступнее.

Недостатки

1. При очень малых токах нагрузки эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти равно активному сопротивлению одной обмотки

1. выпрямитель «три параллельных моста» может работать только вблизи трансформатора, выпрямитель Ларионова — на удалении от трансформатора.

Устранение недостатка. Проводка шестипроводной линии электропередачи.

По свойствам этот выпрямитель ближе к источникам тока и может почти во всех устройствах заменить выпрямители ларионова (электропривод тепловозов, электротранспорта постоянного тока, генераторы бортовой сети автотракторной и др. техники и в других устройствах), при этом уменьшается нагрев обмоток и сберегается около 4 % электроэнергии (топлива)).

Для получения высоких выходных напряжений применяются системы, состоящие из последовательно соединённых преобразователей. Для питания потребителей, характеризующихся потреблением больших токов, изготавливаются системы из параллельно соединённых мостовых преобразователей. . В данной схеме полные мощности вторичных и первичных обмоток трансформатора равны и принимают наименьшее возможное для шестипульсных систем значение.

Возникает необходимость в поиске схемного решения выпрямителей с минимальными потерями.

Имеются множество исследований, направленных на выявление рационального числа пульсаций [2,3], которые показывают, что наибольшей эффективностью обладают выпрямители с пульсностью от 10 до 24. Такой выбор выпрямителей с определенной пульсностью основывается на исследованиях работы выпрямителей с учетом различных факторов, определяющих качество электрической энергии, например, несимметрии и несинусоидальности напряжений питающей сети. В связи с этим огромный интерес должны вызывать разработки и исследования двенадцатипульсных выпрямителей, сочетающих в себе экономичность преобразования, простоту и надежность схемных построений при работе в условиях несимметричных и несинусоидальных напряжений питающей сети.

Двенадцатипульсные выпрямители на сегодняшний день выполнены по классической схеме: два последовательно соединенных трехфазных моста, работающие с фазовой задержкой в тридцать градусов.

Для сравнительного анализа взяты две схемы: ортогональный двенадцатипульсный выпрямитель на базе трехфазного трансформатора (рис. 2) и выпрямитель на базе схемы Скотта (рис. 3).

Так, на рис. приведены кривые выпрямленного напряжения при несимметрии напряжений питающей сети 2 % и различных искажениях К_Д=0…1,5.

При допустимой несимметрии и несинусоидальности напряжений питающей сети 10 кВ [4] размах пульсаций кривой выпрямленного напряжения для классического выпрямителя с последовательным соединением трехфазных мостов составляет 8,542%.

при тех же значениях несимметрии и несинусоидальности напряжений питающей трехфазной сети, для двенадцатипульсного выпрямителя, построенного на базе схемы Скотта, размах пульсаций составляет 9,988%. В то время как работа ортогонального двенадцатипульсного выпрямителя на базе трехфазного трансформатора сопровождается меньшими искажениями кривой выпрямленного напряжения, характеризуемыми размахом пульсаций 8,361%.

Таким образом, применение различных топологий для построения неуправляемых двенадцатипульсных выпрямителей способствует повышению качества выпрямленного напряжения при одних и тех же параметрах питающей трехфазной сети. Выпрямители, использующие системы ортогональных напряжений и построенные на базе трехфазного трансформатора имеют наилучшую электромагнитную совместимость с реальной трехфазной системой переменного тока и могут быть предложены для создания выпрямительных агрегатов, предназначенных для тяговых подстанций электрического транспорта.