Раздел: Документация
0 ... 10 11 12 13 14 15 16 ... 49 теристики. В качестве примеров ниже рассматриваются внешние характеристики однофазной и трехфазной мостовых схем в диапазоне от холостого хода до короткого замыкания при идеально сглаженном выпрямленном токе ((oLd = оо). Внешняя характеристика однофазного выпрямителя. Составляющие падения напряжения удобно представить в относительных единицах, приняв в качестве базисного значения напряжения Ui0 = 2y/2U2ln.(2.98) Тогда относительные падения напряжения могут быть записаны в виде/ в 2y/2U2 &.Uvs. = MJVKl2j2U2; &V*. = I0xJ2y/2U2, (2.99) где /?ф = /?ф1 + Дф2-— эквивалентное активное сопротивление фазы трансформатора; /?ф1 — активное сопротивление фазы первичной обмотки, приведенное ко вторичной обмотке; /?ф2 — активное сопротивление фазы вторичной обмотки (полуобмотки в схеме со средней точкой). При записи уравнения (2.97) для мостовой однофазной схемы значения AUVS и AUX, приведенные в (2.99), удваиваются, так как ток проходит по двум тиристорам одновременно и в процессе коммутации ток /. распределяется между двумя контурами коммутации. Для записи в относительных единицах уравнения (2.97) в качестве базисного значения тока используют ток короткого замыкания схемы 1Лк (при Rd=0), который для схемы со средней точкой равен Ids = 2j2U2/x,.(2.100) Уравнение (2.97) с учетом (2.99) и (2.100) принимает вид .=cosa-/l+(K-y)J-Aiyvs..(2.101) На рис. 2.26, а представлено семейство внешних характеристик однофазной схемы со средней точкой (без учета падений напряжения в тиристорах и активных сопротивлениях) для различных углов о в диапазоне от холостого хода до короткого замыкания. Внешние характеристики трехфазного мостового выпрямителя. Если для однофазных выпрямителей внешняя характеристика описывается одним уравнением во всем диапазоне изменения  Рис. 2.26. Внешние характеристики выпрямителей: а—однофазный двухполупериоднын или мостовой; б— трехфазный мостовой тока нагрузки, то в трехфазном мостовом выпрямителе с ростом тока нагрузки изменяются режимы работы схемы. По характеру протекания электромагнитных процессов в схеме выделяют три различных режима работы, которые далее кратко рассматриваются без учета падения напряжения в тиристорах и активных сопротивлениях схемы. В режиме I внешняя характеристика линейна (рис. 2.26,6), а порядок работы тиристоров аналогичен рассмотренному в § 2.2, В этом режиме уравнение внешней характеристики в относительных единицах имеет вид V £/,,.=cos а — где v/3 Ud.= Ud/Ud0 = KUd/(3j6U2); ) h. = hlh. = xJdl(j2U2.) j (2.102) (2.103) Режим II возникает с ростом нагрузки при достижении углом коммутации я/3, после чего рост нагрузки не вызывает увеличения угла у, который остается равным я/3. Однако начало процесса коммутации будет происходить с задержкой на некоторый угол а, называемый дополнительным углом управления. В этом режиме начало коммутации тиристоров в одной группе совпадает по времени с кондом коммутации в другой группе. Уравнение внешней характеристики во втором режиме имеет следующий вид: 4 4 3 + 3 «„.= !. (2.104) 81 Уравнение (2.104) представляется дугой эллипса с равными полуосями (ее продолжение за пределы режима II показано на рис. 2.26,5 штриховой линией). ,I Режим III возникает с ростом нагрузки при появлении «двойного перекрытия» в работе тиристоров, когда чередуются одновременные проводимости трех и четырех тиристоров схемы. В этом режиме угол у снова начинает расти, становясь больше тс/3, а угол а остается постоянным и равным к/6. В этом режиме внешняя характеристика вновь становится линейной и ее уравнение имеет вид иа* = у/з(\—Id.)при а < тс/6; ил* = /b\cos(<x — тс/6) —при а>тс/6. Однако не всегда перечисленные режимы будут иметь место при изменении тока нагрузки от холостого хода до короткого замыкания. Все три указанных режима могут возникнуть только при работе с углами управления 0<ос<я/6. При работе с углами тс/6<ос<тс/3 будут режимы I и III. При а > тс/3 возможен только режим III. (2.105) 2.4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И СПОСОБЫ ИХ УЛУЧШЕНИЯ 2.4.1. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ И КПД ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ При определении КПД выпрямителя следует учитывать, что понятие мощности, выделяемой в цепи нагрузки постоянного тока, может иметь двоякий смысл. С одной стороны—это мощность Pd, определяемая как произведение постоянных составляющих (средних значений) выпрямленного тока Id и напряжения Ud или Pd—UdId. С другой стороны, как отмечалось в § 2.1, действительная полная мощность Pd, выделяемая в нагрузке, определяется как средняя мощность от мгновенных значений тока id и напряжения ud в нагрузке за период повторяемости формы выпрямленного напряжения или Pd]udiddt,(2.Ю6) 1 о где Т—период повторяемости формы выпрямленного напряжения. Разница в значениях этих мощностей обусловлена наличием пульсаций в выпрямленном напряжении, а следовательно, и в токе нагрузки. Так, если обозначить пульсации в виде переменных составляющих Aud и Aid, то можно записать Pi = P*+\] AudAiddt. 1 о (2.107) j Очевидно, что в случае идеально сглаженного тока нагрузки, когда Aud и Aid равны нулю, значения мощностей Pd и Pd совпадают. На практике мощность Pd при значительных пульсациях выпрямленного напряжения может быть намного больше Pd. При определении КПД выпрямителя этот факт необходимо учитывать. С энергетической точки-зрения -более правильно расчет КПД вести относительно мощности Pd, хотя иногда используется и значение Pd, рассматриваемое в некотором смысле как «полезная» мощность постоянного тока. В последнем случае составляющую мощности APd, обусловленную пульсацией напряжения на нагрузке, относят к дополнительным потерям. Основные потери активной мощности имеют место в следующих частях силовых выпрямителей: в трансформаторе АРТ, тиристорах выпрямителя A/Vs и во вспомогательных устройствах (системах управления, защиты, охлаждения, сигнализации и др.) АРВСП. С учетом этих составляющих для выпрямителя с малой пульсацией тока id (когда можно считать PdxPd) КПД определяется из следующего соотношения: UJ dd UdId + APT + APvs + r\PB (2.108) Изготовляемые в настоящее время выпрямители средней и большой мощности на тиристорах имеют КПД в пределах от- 0,7 до 03- Коэффициентом мощности в установках переменного гока называется отношение активной мощности к полной. Коэффициент мощности позволяет определить полную мощность, потребляемую преобразователем электрической энергии, если известны активная мощность нагрузки преобразователя и его КПД. При определении коэффициента мощности выпрямителя необходимо учитывать несинусоидальность потребляемого им из сети тока. На рис. 2.27 представлены диаграммы напряжения ис питающей сети и тока /с, потребляемого однофазным управляемым выпрямителем из сети при допущении идеальной Рис. 2.27. Диаграммы сетевого напряжения и тока, потребляемого однофазным двухполупериодным выпрямителем при активно-индуктивной нагрузке (<oLd — oo)
сглаженности выпрямленного тока (coLd = oo) и отсутствия угла коммутации. Из несинусоидального тока ic может быть выделена первая гармоника icl, отстающая от напряжения ис на угол (pi. Соответственно активная мощность Р, потребляемая выпрямителем, выражается следующей формулой: Р=С/с/с1со8фь(2.lb9) где Uс—действующее значение напряжения сети, питающей выпрямитель; /с1 — действующее значение первой гармоники тока, поступающего из сети; фх — угол сдвига первой гармоники тока по отношению к напряжению питающей сети. Полная мощность, потребляемая выпрямителем, на основании общего определения может быть записана в виде s=ucic=ucJi2cl+t с-(211°) где 1С—действующее значение несинусойдального тока, поступающего из сети; /с„—действующее значение его и-й гармоники. Коэффициент мощности выпрямителя % — это отношение активной мощности к полной, и в соответствии с формулами (2.107) и (2.108) он может быть выражен следующим соотношением: 7"C0S(Pl- (2.111) 00 /с21+1 IL x—s= л = 3 Степень несинусоидальности тока в данном случае характеризуется коэффициентом искажения v, определяемым как отношение действующего значения первой (основной) гармоники тока к действующему значению всего тока. С учетом этого коэффициента (2.111) принимает вид X = vcos9!.(2.112) Для несинусоидального режима помимо активной мощности Р и реактивной мощности Q вводится . понятие мощности искажения Т, определяемой как Т= yJS2-P2-Q2.(2.113) Мощность искажения Т характеризует степень различия в формах кривых тока и напряжения. Для рассматриваемого случая форма кривой напряжения питающей сети —синусоидальная, а тока — прямоугольная, поэтому мощность Т отлична от нуля. Из рис.2.27 видно, что для идеализированной сХемы однофазного выпрямителя (при ooLd=oo и угле коммутации у = 0) ток /с1 отстает от напряжения ис на угол <рь равный углу ос. Поэтому коэффициент мощности можно выразить как ,X = vcosoc.(2-114) В идеализированной схеме трехфазного мостового выпрямителя углы ос и ф! также равны и коэффициент мощности определяется по (2.114). Коэффициенты искажения согласно [10] при прямоугольной форме Потребляемого тока равны v = 24/2/n — для однофазной мостовой схемы; v = З/я—для трехфазной мостовой схемы. Для более точного определения коэффициента мощности необходимо учитывать угол коммутации у. В этом случае cos(p! может быть определен в виде cos a+cos (ос+у) cos<p! =-у+--.(2.115) Угол коммутации у также влияет на коэффициент V, но в большинстве режимов работы, когда у не превосходит 30°, это влияние незначительно. Из вышеизложенного следует, что коэффициент мощности выпрямителя носит индуктивный характер (выпрямитель потребляет из сети реактивную мощность) и в основном определяется углом управления ос. 2.4.2. УЛУЧШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ УПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ С ростом угла управления ос увеличивается реактивная мощность Q, потребляемая выпрямителем из сети, а его коэффициент мощности согласно (2.114) становится меньше, т. е. ухудшается. Это явление снижает технико-экономические характеристики электрической сети, питающей управляемые выпрямители. Поэтому на практике часто принимают меры по повышению коэффициента мощности управляемых выпрямителей. Простейшим способом повышения коэффициента мощности является установка источников реактивной мощности, например конденсаторов, на входе выпрямителя. Этот способ не экономичен, так как он связан с введением дополнительного дорогостоящего оборудования. Другим, сравнительно простым способом является использование в выпрямителе трансформатора с отпайками на различные напряжения. В этом случае вместо увеличения угла управления ос< при регулировании выходного напряжения переключают тиристорную схему на отпайку обмотки трансформатора с более низким напряжением. Такое переключение вызывает изменение выпрямленного на- 0 ... 10 11 12 13 14 15 16 ... 49
|
