5. Расчет характеристик преобразователя

5.1. Расчет внешней характеристики и угла коммутации вентильных токов выпрямителя

Внешняя характеристика выпрямителя является прямолинейно падающей из-за потери напряжения при коммутации вентильных токов. Угол наклона внешней характеристики зависит от индуктивного сопротивления Х_а. Х_а=Х_С+Х_ТР рассчитывалось в разделе 2.

Внешняя характеристика выпрямителя рассчитывается по формуле

, (5.1)

где:U_d0 – напряжение холостого хода выпрямителя;

А=0,5 – коэффициент схемы;

u_К – напряжение короткого замыкания, %; u_К=u_КТ+u_КС; u_КС= u_КТ(Х_С/Х_ТР);

b_В – число последовательно включённых вентилей в вентильном плече выпрямителя

е – число последовательно включенных вентильных плеч выпрямителя; е=1 для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором», е=2 для мостовой схемы;

U_В – прямое падение напряжения на открытом вентиле выпрямителя, В.

- коэффициент загрузки выпрямителя.

Рис. 3, б. Схема вентильного плеча выпрямителя по схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором» и общей тиристорной группой

Внешняя характеристика управляемого выпрямителя рассчитывается по формуле

. (5.2)

Внешняя характеристика выпрямителя может быть построена по двум точкам: точке холостого хода (U_d=U_d0, I_d=0) и точке номинальной нагрузки (I_d=I_d.Н). Следует рассчитать и построить внешние характеристики выпрямителя при =0 и >0 соответственно заданию. Внешние характеристики выпрямителя строятся в масштабе в первом квадранте графика характеристик преобразователя на листе формата А4.

Угол коммутации вентильных токов неуправляемого выпрямителя:

для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором»

,

для мостовой схемы .

Для управляемого выпрямителя угол коммутации вентильных токов находится из уравнения:

для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором»

,

для мостовой схемы .

Угол коммутации вентильных токов рассчитывается для тока I_d=0,5I_d.Н и I_d=I_d.Н.

На листе формата А4 необходимо построить временные диаграммы работы выпрямителя (см. рис. 4) при токе нагрузки I_d=I_d.Н с учетом вычисленного при этом токе _В. Временная диаграмма работы включает следующие графики:

-напряжение вентильной обмотки трансформатора u₂ (трехфазная синусоида);

-выпрямленное напряжение u_d;

-тока управления i_У (для управляемого выпрямителя);

-тока вентильной обмотки i₂;

-тока сетевой обмотки i₁;

-напряжения на вентильном плече с учетом угла _В и угла .

5.2. Расчет характеристик и угла коммутации вентильных токов инвертора

Основными характеристиками инвертора являются: входная – зависимость входного напряжения от тока инвертора при неизменном угле опережения (=const) и ограничительная – зависимость допустимого входного напряжения от тока.

Естественная (при =const) входная характеристика инвертора строится по двум точкам: холостого хода (I_И=0; U_И=U_И.0.(=0)cos) и номинальной нагрузки (I_И=I_ИН; U_И=U_ИН). Определить входное напряжение инвертора при работе под нагрузкой можно по формуле:

,

где: U_И.0.(=0) – начальная точка ограничительной характеристики инвертора:

U_И.0.(=0)=1,17U_2И для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором», U_И.0.(=0)=2,34U_2И для мостовой схемы;

 - угол опережения инвертора;

b_И – число последовательно включенных вентилей в вентильном плече инвертора.

е – число последовательно включенных вентильных плеч инвертора; е=1 для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором», е=2 для мостовой схемы;

U_В – прямое падение напряжения на открытом тиристоре инвертора, В.

- коэффициент загрузки инвертора.

Ограничительная характеристика инвертора строится по двум точкам: начальной точке (I_И=0; U_И=U_И.0.(=0)) и точке номинальной нагрузки (I_И= I_ИН; U_ОГ). Напряжение U_ОГ можно определить по формуле:

,

где:  = ₀+, ₀ – угол выключения тиристора ₀  4,5⁰ Эл;  - угол запаса 5…10⁰ Эл при частоте сети 50 Гц. Рекомендуется принять  = 10⁰ Эл.

Входную и ограничительную характеристики инвертора следует построить в масштабе на графике, на котором уже построена внешняя характеристика выпрямителя, во втором квадранте (см. рис. 5). Здесь же следует построить искусственную входную характеристику инвертора (горизонтальную) на уровне напряжения холостого хода выпрямителя U_d0.

Рис. 4, а. Временные диаграммы работы нерегулируемого мостового выпрямителя

Рис. 4, б. Временные диаграммы работы регулируемого выпрямителя по схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором

Ограничительная характеристика инвертора показывает, до какого тока I_И возможна нормальная работа без опрокидывания.

Нормальная работа обеспечивается при выполнении условия

.

Рис. 5. Графики внешней характеристики выпрямителя и входных характеристик инвертора

Точки пересечения ограничительной характеристики с входными (естественной и искусственной) характеристиками показывают, до какого максимального значения тока инвертора можно работать по той или иной входной характеристике. Величины максимальных токов I_И1max при работе по естественной и I_И2max при работе по искусственной характеристике можно определить графически и аналитически. Графически – по масштабу токов на графике, аналитически – по формулам:

;

.

Угол коммутации вентильных токов в инверторе следует определить для I_И=0,5I_ИН и I_И=I_ИН из уравнения:

для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором»

;

для мостовой схемы

.