Глава XXI УСТРОЙСТВО ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ С КРЕМНИЕВЫМИ ВЕНТИЛЯМИ
§ 95. Параллельное соединение вентилей
Рис. 95-1. Параллельное соединение двух вентилей: а — схема соединения; б — прямы статические характеристики
В мощных преобразователях рабочий ток одного вентиля бывает недостаточен, поэтому несколько вентилей соединяют параллельно.
Но прямые вольт-амперные характеристики вентилей 1, 2 могут быть неодинаковыми, вследствие чего распределение токов между вентилями будет неравномерным (рис. 95-1).
Для устранения этого недостатка могут быть приняты следующие меры.
- Подбор вентилей по прямым характеристикам. Этот метод наиболее прост, но неудобен тем, что в случае замены вентиля резервный вентиль должен обладать точно такой же характеристикой.
- Включение последовательно с каждым вентилем балластного сопротивления R (рис. 95-2,а). Этот способ увеличивает наклон прямых характеристик 1, 2 и, таким образом, достаточно хорошо уравнивает токи (рис. 95-2,в). Недостаток этого способа — дополнительные потери в балластном сопротивлении, что снижает к. п. д. установки.
- Естественное распределение токов в цепях вентилей при смешанном их соединении (рис. 95-2,6). Этот способ, аналогично предыдущему, увеличивает наклон прямых характеристик, но выгодно отличается от него тем, что не имеет непроизводительных потерь (рис. 95-2,в).
Недостаток этого способа состоит в том, что в режиме короткого замыкания прямые характеристики вентилей могут отличаться более резко, чем в области рабочих токов, и таким обра зом отдельные ветви могут быть перегружены.
- Применение электромагнитных делителей тока. Этот метод наиболее совершенен, поэтому рассмотрим его более подробно.
На рис. 95-3 изображена схема работы простейшего электромагнитного делителя тока. Делитель состоит из стального сердечника с двумя одинаковыми обмотками, имеющими средний вывод.
Рис. 95-2. Уменьшение разбаланса токов в параллельных цепях вентилей путем наклона характеристик:
а — c балластным сопротивлением; б — при смешанном соединении; в — результирующие вольт-амперные характеристики
Рис. 95-3. Схема электромагнитного делителя тока
При неравенстве токов в цепях вентилей (например, I1>I2) в сердечнике создается магнитный поток, который в обмотке с большим током создает дополнительное падение напряжения, а в обмотке с меньшим током наводит э. д. с., повышающую напряжение в цепи вентиля. Это приводит к автоматическому повышению тока в цепи недогруженного вентиля и к снижению тока перегрузочного вентиля.
Ввиду крутых прямых характеристик вентилей для выравнивания токов в их цепях требуются весьма небольшие дополнительные э. д. с., что позволяет применить электромагнитные делители, имеющие по одному витку.
Электромагнитные делители тока применяются в нескольких вариантах.
- Электромагнитные делители с разомкнутой цепочкой (рис. 95-4,а). В этих делителях шинки крайних вентилей проходят только через один сердечник.
- Электромагнитные делители с замкнутой цепочкой (рис. 95-4,б). В этом случае все цепочки вентилей находятся в одинаковых условиях, что снижает разбаланс токов.
- Делитель с одним задающим вентилем (рис. 95-4, в). Этот делитель еще более снижает разбаланс токов.
4. Электромагнитные делители с общим магнитопроводом (рис. 95-4,г).
Сердечники делителей изготовляются из ориентированного магнитного материала. Сердечники могут быть с воздушным зазором и без зазора. Воздушный зазор уменьшает остаточную индукцию в сердечнике. Тот же эффект может быть получен путем подмагничивания сердечника.
§ 96. Последовательное соединение вентилей
Последовательное соединение вентилей диктуется двумя соображениями: 1) выпрямленное напряжение настолько велико, что для обеспечения должной электрической прочности необходимо последовательно соединять несколько вентилей; 2) по требованию надежности выход из строя любого вентиля не должен приводить к аварийному состоянию выпрямителя.
Рис. 95-4. Схемы включения электромагнитных делителей тока: а — с разомкнутой цепочкой; б — с замкнутой цепочкой; в — с одним задающим вентилем; г — с общим магнитопроводом (конструкция МЭИ)
Число последовательно соединенных нелавинных вентилей
Обратное напряжение на каждом из последовательно соединенных вентилей 1, 2, 3 будет пропорционально их внутреннему обратному сопротивлению. Поскольку эти сопротивления и обратные ветви вольт-амперных характеристик 1, 2, 3 у вентилей могут быть различны (рис. 96-1,а, б), то для выравнивания обратных напряжений между вентилями применяют омический делитель (рис. 96-2).
Рис. 96-1. Последовательное соединение вентилей:
Обратное сопротивление вентилей 1, 2, 3 с увеличением их температуры сильно падает, поэтому сопротивления омического делителя выбираются порядка R1=5-10 ком.
Рис. 96-2. Схема омических делителей напряжения и защитных цепочек: а — схема соединения; б — обратные вольт- амперные характеристики
При последовательном соединении вентилей необходимо учитывать еще одну особенность. Если последовательно соединенные вентили имеют различные времена восстановления (время выключения, см. рис. 92-4, б), то на вентиль с меньшим временем восстановления приложится весь скачок обратного напряжения. Защита вентилей от этого вредного явления осуществляется шунтирующими цепочками R— С (рис. 96-2). Здесь конденсатор С воспринимает пик перенапряжения, а сопротивление R является демпфирующим, обычно С=0,25-0,5 мкф, R = 10-20 Ом. Последовательное соединение лавинных вентилей в выпрямителях при нормальной промышленной частоте f=50 гц не требует ни делителей напряжения, ни защитных цепочек R — С. Объясняется это тем, что лавинные вентили кратковременно могут пропускать в обратном направлении значительные токи.
В мощных выпрямителях обычно применяется смешанное соединение вентилей в плечах (рис. 96-3).
При таком соединении обратное напряжение обычно используется для контроля состояния вентилей.
Рис. 96-3. Схемы контроля состояния вентилей:
а — с бленкером; б — с реле и трансформатором
Нормальное состояние всех вентилей плеча обеспечивает при обратном напряжении равенство потенциалов φ1 и φ2. Повреждение любого из вентилей нарушает потенциальность на зажимах контрольного реле и последнее срабатывает (рис. 96-3,а).
В целях обеспечения изоляции контакты контрольных реле различных плеч выпрямителя иногда включают в цепь вторичных обмоток трансформатора, а катушку выходного сигнального реле Р0 — в цепь первичной обмотки трансформатора (рис. 96-3,б). В этой схеме при разомкнутых контактах P1-P6 большая часть напряжения сети падает в первичной обмотке трансформатора. Срабатывание любого контакта контрольного реле Р1-Р6 вызывает короткозамкнутый режим в трансформаторе и реле P0 срабатывает.
Сопротивление делителя напряжения, как указывалось выше, принимается R1=5-10 ком, сопротивление R2=1-10 Ом, в качестве контрольного реле применяется бленкер с током срабатыванияIср=0,015 а. По этому принципу могут быть построены и другие схемы контроля; например, вместо бленкера может быть включена первичная обмотка сигнального трансформатора с включением вторичной обмотки на сигнальное реле.