15. Расчет токов и напряжений на стороне выпрямленного тока

15.1. Общие положения

Потребителям необходим выпрямленный ток по двум причинам:

1. Многие энергоемкие технологические процессы требуют постоянного тока (электролиз, электрохимические процессы и т. д.).

2. Постоянный ток обеспечивает большие удобства в управлении электродвигателями в тяговом и промышленном приводе.

По этим причинам около одной трети всей вырабатываемой электроэнергии используется потребителями постоянного тока.

В системах электроснабжения наибольшее распространение получили трехфазные схемы выпрямления тока с соединением вентилей в мостовую схему и схему с уравнительным реактором (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Трехфазные схемы выпрямления; а) – мостовая схема (схема Ларионова); б) – схема с уравнительным реактором LR

Для удобства использования основные соотношения между переменными и выпрямленными токами и напряжениями промышленных схем выпрямления сведены в таблицу 15.1.

Таблица 15.1

Схема	Мостовая схема	Схема с уравнительным реактором
m	6	6
Ud/U2	2,34	1,17
Uобр.макс/Ud	1,045	2,09
I2/Id	0,815	0,289
I1w1/Idw2	0,816	0,408
S1/Pd	1,045	1,045
S2/Pd	1,045	1,485
Sт/Pd	1,045	1,26

Примечание. U_i – фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора; U_d/U₂ – коэффициент выпрямленного напряжения; U_обр _макс/U_d – коэффициент обратного напряжения; m – число фаз выпрямления; U_d – среднее значение выпрямленного напряжения; I_d – среднее значение выпрямленного тока; U_обр _макс – максимальное значение обратного напряжения; U₁, U₂, I₁, I₂ – действующие значения фазных напряжений и токов трансформатора; S₁, S₂, S – расчетные – первичная, вторичная и типовая мощности трансформатора; P_d– мощность на стороне выпрямленного тока; I_d_max – максимальное значение прямого анодного тока вентиля; W₁, W₂ – число витков первичной и вторичной обмотки трансформатора

15.2. Расчет тока кз на стороне выпрямленного тока

Для расчета принимается наиболее тяжелый режим, когда угол управления при КЗ равен нулю.

Среднее значение установившегося тока КЗ равно сумме средних значений токов в n вентилях, питающих место КЗ:

где U2 – фазное напряжение активной цепи; Х2 – индуктивное сопротивление цепи коммутации.

Для схемы с уравнительным реактором число вентилей, через которые протекает ток КЗ, n=6:

Для мостовой схемы n=3:

Если сопротивления выражены в ОЕ и приведены к базисной мощности, за которую принята номинальная мощность трансформатора, то ток в схеме с уравнительным реактором:

;

ток в мостовой схеме:

С учетом активных сопротивлений

Установившийся ток КЗ имеет пульсирующий характер. Максимальное значение этого тока

В переходный период максимальное значение тока КЗ значительно превосходит установившееся значение за счет присутствия в анодных токах свободных составляющих:

где kτ – коэффициент, определяемый из графика рис. 15.2.

Рис. 15.2. Зависимость Кt от соотношения R₂ и X₂

Пример 15.1

Рассчитать ток КЗ на стороне выпрямленного тока полупроводниковых преобразовательных агрегатов с Ud = 515 В.

Номинальный выпрямленный ток Id = 2000 A; номинальная мощность трансформатора выпрямительного агрегата по данным завода-изготовителя Sнт = 1210 кВ·А; напряжение КЗ трансформатора Uk = 6,6 %; мощность потерь КЗ Pк = 20 кВТ; напряжение питающей сети 6 кВ и мощность КЗ питающей системы Sкс = 157 МВ·А, схема соединения вторичных обмоток трансформатора – с уравнительным реактором. Сопротивление выражено в Ом.

Расчет токов КЗ:

1. Фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора (табл. 15.1)