Раздел: Документация
0 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 49 этого большая -часть напряжения пульсации будет приложена к индуктивности ld, а меньшая—к нагрузке Коэффициент сглаживания такого фильтра с достаточной для практики степенью точности можно определить по формуле R. (2.145) Из (2.145) следует, что посредством использования резонансных цепочек можно получить достаточно большой коэффициент сглаживания. Однако подобного рода фильтры обладают рядом недостатков, основной из которых — необходимость подбора (или подстройки) параметров Ср и lp для достижения высокой эффективности фильтра. В маломощных выпрямителях помимо электрических реактивных фильтров иногда применяют электронные фильтры, в частности транзисторные. Принцип действия такого фильтра основан на нелинейности вольт-амперных характеристик транзистора. Зависимость коллекторного тока /с от напряжения эмиттер — коллектор Uce такова, что транзистор обладает весьма большим сопротивлением переменному току (большим динамическим сопротивлением). На рис. 2.34 приведена схема транзисторного П-образного фильтра. Первое звено фильтра представлено конденсатором Сфь а второе, Г-образное, состоит из транзистора VT и конденсатора Сфг. Ток коллектора транзистора определяется током эмиттера h- Если последний поддерживается постоянным, то колебания входного напряжения, вызванные, например, пульсацией выпрямленного напряжения, не вызывают изменения /с (следовательно, и напряжения на нагрузке), а приводят только к перемещению рабочей точки транзистора по пологой части его характеристики Ic=/(Uce)- Для того чтобы ток эммитера h не изменялся под воздействием пульсаций, в цепь транзистора введены сопротивление Ri и конденсатор Си Емкость конденсатора С\ выбирается достаточно большой, чтобы обеспечить постоянство тока h при воздействии пульсаций. Режим работы транзистора по постоянному току задается в схеме фильтра сопротивлением в цепи базы Ri-В рассмотренной схеме транзистор включен последовательно с нагрузкой, но существуют также схемы с параллельным включением транзистора, принцип действия которых также .Рис. 2.34. Транзисторный последова- основан на нелинейности сопро-тельный фильтртивления транзистора.  Рис. 2.35. Структурная схема активного фильтра АФ Транзисторные фильтры целесообразно применять для сглаживания пульсаций низких частот в маломощных выпрямителях. В этих случаях использование их может дать выигрыш в массе и габаритах выпрямительного устройства. Основными недостатками транзисторных фильтров по сравнению с обычными пассивными являются более высокая стоимость, трудность обеспечения защиты транзисторов в аварийных режимах и более низкая надежность. Существует также довольно обширный тип активных фильтров, принцип действия которых основан на подключении к выходу выпрямителя (или другого источника) генератора высших гармоник напряжения, генерируемых в противофазе с гармоническими составляющими пульсирующего напряжения. Структурная схема, поясняющая принцип действия этого класса фильтров, приведена на рис. 2.35. На выходе выпрямителя В напряжение содержит как постоянную Г/о, так и переменную [/„ составляющие. На выход выпрямителя одновременно поступает в противофазе переменное напряжение, вырабатываемое активным фильтром АФ{— Г/„). При равенстве переменных напряжений выпрямителя и фильтра на нагрузку Н поступит только постоянная составляющая Uq. Функции активного фильтра может выпрлнять или усилитель мощности, на вход которого поступают сигналы малой мощности с напряжением пульсации, или генератор гармонических составляющих с амплитудами, равными амплитудам основных гармонических составляющих напряжения пульсации. Выходная мощность активного фильтра определяется напряжением пульсации и током нагрузки. 2.7. РАБОТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ ОТ ИСТОЧНИКА СОИЗМЕРИМОЙ МОЩНОСТИ В § 2.2 было показано, что выпрямители потребляют из питающей сети несинусоидальный ток. Гармонический состав тока зависит от схемы выпрямления и параметров сглаживающего фильтра. Например, гармонический состав потребляемого тока будет существенно различен для одной и той же схемы выпрямления, работающей с разными типами фильтров: индуктивным или емкостным. Если мощность сетевого генератора значительно (более чем на порядок) превышает мощность полностью загруженного выпрямителя, то несинусоидальность потребляемого им тока практически не сказывается на напряжении питающей сети. При соизмеримой мощности генератора и выпрямителя высшие гармоники тока вызывают искажения сетевого напряжения тем больше, чем ближе мощность нагрузки к мощности генератора. Степень искажения напряжения (его несинусоидальность) оценивается обычно коэффициентом гармоник по напряжению \/1 и*пт кги=--,(2.146) где U im — амплитуда первой гармоники напряжения; ипт—амплитуда высших (л-го порядка) гармоник. Значение коэффициента Ки регламентируется стандартами на качество сетевого напряжения и, как правило, не должно превышать 5%. Увеличение искажений, связанное с ростом высших гармоник в сетевом напряжении, приводит к дополнительным потерям электроэнергии в реакторах и трансформаторах, кабельных соединениях, генераторе и вызывает сбои в работе электронной аппаратуры связи, автоматики, вычислительной техники и др. Поэтому необходимы специальные меры по уменьшению содержания высших гармоник в сетевом напряжении и снижению значения коэффициента кгц. Искажения сетевого напряжения от работы выпрямительных установок возникают в основном за счет падений напряжений на внутренних сопротивлениях сети, питающей эти установки (сопротивления генераторов, трансформаторов и др.). Рассмотрим подробнее влияние соотношения мощностей источника и выпрямителя на коэффициент кги. Выпрямитель в электрической системе обычно рассматривают как генератор гармоник тока. В этом случае он может быть представлен эквивалентной схемой замещения в виде источника тока различных гармоник. На рис. 2.36 выпрямитель замещен источником тока /„е (суммарный ток всех гармоник) и внутренним активным сопротивлением гвн. Нагрузкой является эквивалентное входное сопротивление питающей сети Zcn = rc+jnxc, реактивная составляющая которого зависит от частоты. Согласно схеме замещения ток я-й гармоники в питающей сети может быть определен в виде /c„ = /„z---•(2.147) ~ rm + rc+jnxc
I----- Рис 2 36 Схема замещения выпрямителя и питающей сети для определения коэффициента гармоник по напряжению krV  Рис 2 37 Резонансный фильтр выпрямителя Соответственно напряжение на сопротивлении сети от каждой я-й гармоники тока выпрямителя будет равно Ucn = IcnZcn = Inl г"(г"+).(2.148) —" rm + rc+jnxc Суммарное напряжение от высших гармоник в сети можно определить, используя принцип наложения, предварительно рассчитав по (2.148) напряжение от каждой гармоники тока. Зная содержание высших гармоник в напряжении питающей сети, можно рассчитать кги по (2.146). В большинстве случаев расчет ведется для гармоник не выше и =13, так как амплитуды токов и напряжений более высоких порядков относительно невелики, а эквивалентное сопротивление питающей сети существенно уменьшается за счет влияния емкостей кабеля и другого оборудования. Одним вз основных средств снижения влияния высших гармонических на сеть является подключение мощных выпрямителей к отдельным секциям шин, питающихся через понижающий трансформатор. Тогда влияние выпрямителей на других потребителей будет сказываться только на стороне высокого напряжения, где уровень высших гармонических будет значительно снижен. Большое значение для снижения уровня высших гармонических имеет применение схем выпрямления с пониженным потреблением реактивной мощности (см. § 2.4). Существенно уменьшаются высшие гармоники первичного тока при выполнении выпрямителя по многофазной схеме (см. § 2.2). Существует способ подавления гармонических составляющих, основанный на добавлении в специальную обмотку трансформатора высших гармоник тока, но находящихся в противофазе с токами высших гармоник выпрямителя. В результате ток в сети становится синусоидальным и не вызывает искажений сетевого напряжения. В качестве источников токов высших гармоник используют устройства, содержащие генератор высших гармоник с усилителем. Снижение гармонических составляющих токов и напряжений может быть обеспечено с помощью резонансных LC-фильтров, настроенных на основной ряд гармоник, присутствующих в токах выпрямителя (рис. 2.37). Приближенно параметры каждой резонансной ветви фильтра могут быть рассчитаны по формуле «ш£ф=1/я(0Сф,(2.149) где и — номер гармоники, на которую настраивается данная резонансная ветвь. Каждая резонансная ветвь фильтра шунтирует соответствующую гармонику тока, не пропуская ее в сеть. Перспективным способом уменьшения сетевых искажений является использование выпрямителей с улучшенным гармоническим составом входного тока. Входной ток такого выпрямителя содержит в качестве основной составляющей первую гармонику, совпадающую по частоте с сетевым напряжением, а содержание высших гармоник по сравнению с основной — мало. Подобное улучшение гармонического состава может быть получено за счет, например, широтно-импульсной модуляции входного тока по синусоидальному закону на повышенной частоте. Рассмотрим сущность этого способа на примере схемы мостового однофазного выпрямителя на запираемых тиристорах VS,— VS4 и имеющего входной фильтр £фСф (рис. 2.38, а). При этом примем общепринятые допущения, включающие в себя условие Ld — cc, т. е. идеальную сглаженность выходного тока id. На рис. 2.38, б, в представлены диаграммы изменения сетевого напряжения UAB и входного тока выпрямителя до фильтра (гф) и после фильтра (/с). Диаграммы соответствуют установившемуся режиму работы выпрямителя. Запираемые тиристоры включаются и выключаются по сигналам системы управления с повышенной частотой (на порядок или более превышающей частоту сетевого напряжения юс). Так, например, на интервале 0 —&i ток id проводят тиристоры VS, и VS2 и входной ток /ф равен id; на интервале &i —&2 тиристор VS2 выключается, a VS4 включается. В результате ток /ф становится равным нулю, так как ток id минует фазные входные цепи, протекая по. тиристорам VS, и VS4, и выпрямительный мост оказывается как бы отключенным от сети. Затем снова включается тиристор VS2, a VS4 выключается и фазный ток опять становится равным /ф. При принятом допущении Ld = <xr значение этого тока останется таким же, каким оно былой на интервале 0 — Изменяя длительность интервала протека»* ния тока гф по синусоидальному закону, т. е. осуществл модуляцию входного тока по синусоидальному закону, можн снизить содержание высших гармоник во входном токе /YVY\  Рис. 2.38. Однофазный выпрямитель на запираемых тиристорах с широтно- импульсной модуляцией очень малых значений, легко подавляемых фильтром ЬфСф. В результате модуляции сетевой ток /с становится близким по форме к синусоидальному с заданной точностью. Очевидно, что параметры фильтра определяются частотой модуляции и при повышении ее могут стать достаточно малы. Рассмотренный принцип управления позволяет значительно расширить возможности схемы и является наиболее перспективным для преобразователей, используемых в автономных системах электроснабжения. юз 0 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 49
|
||||||||||||||||||
