4.Влияние управляемого выпрямителя на промышленную сеть.

Любая нагрузка, подключённая к промышленной сети, влияет на неё негативно. При исследовании трёхфазного выпрямителя, собранного по схеме Ларионова обнаружены негативные влияния на сеть:

1. форма потребляемого из сети тока сильно искажается. Это можно видеть на рисунках 4.1.- 4.3;

2. как видно их рисунков 4.1.- 6.3 происходит сдвиг по фазе между сетевыми напряжениями и токами, т.е. сеть приобретает индуктивный характер.

Рис. 4.1 Кривые тока и напряжения источника питания управляемого трёхфазного выпрямителя, с нагрузкой на активное сопротивление, при угле регулирования α = 45º.

Рис. 4.2 Кривые тока и напряжения источника питания управляемого трёхфазного выпрямителя, с нагрузкой на активно - индуктивное сопротивление, при угле регулирования α = 45º.

Рис.4.3 Кривые тока и напряжения источника питания управляемого трёхфазного выпрямителя, с нагрузкой противо ЭДС, при угле регулирования α = 45º.

Из выше приведённых рисунков 6.1 – 6.3 видно, что ток потребляемый из сети:

1. имеет не синусоидальную форму,

2. отстаёт от напряжения на угол α₁ = α + 30º

3. первая гармоника тока сети отстаёт от первой гармоники напряжения сети на угол, равный углу управления тиристорами выпрямителя.

Чтобы уменьшить угол между напряжением сети и током сети можно включить шунтирующий диод параллельно нагрузке. При смене полярности вся ЭДС самоиндукции образует коммутационный ток, проходящий по цепи e_L+-R-Д₀-e_L-. В результате этого, угол ά уменьшится на ά\2.

Вывод

В работе использовался расчётно – аналитический метод моделирования трёхфазного полууправляемого трёхфазного выпрямителя, схема Ларионова. Этот выпрямитель представляет собой мостовые выпрямители для каждой пары трехфазных обмоток, работающие на общую нагрузку. Соединяя в себе достоинства мостового выпрямителя и трехфазного питания, он имеет достаточно низкий уровень пульсаций выпрямленного напряжения, что позволяет работать почти без сглаживающего конденсатора или с небольшой его емкостью.

Но, так же этот выпрямитель имеет много недостатков:

1. он ухудшает экологию сети, а именно форму тока сети;

2. Выпрямленное напряжение и ток содержат в себе высшие гармоники;

3. сдвигает ток потребляемый из сети на угол α₁ = α + 30º, где α – угол управления, т.е. сеть приобретает индуктивный характер.С этим борются с помощью подключения к сети блоков конденсаторов;

4. при больших значениях угла управления α, коэффициент мощности нагрузки резко снижается;

5. большое количество управляемых вентилей, следовательно дороговизна выпрямителя, этого недостатка лишены полууправляемые несимметричные выпрямители;

6. выпрямитель также не может быть применен для работы в однофазной бытовой сети.

Объединяя все достоинства и недостатки в одно целое можно сказать, что данная схема выпрямителя является не самой лучшей. Однако, данный тип выпрямителя можно применять на нагрузку небольшой мощности.

5. Исследование аномальных режимов управляемого выпрямителя

Под аномальным режимом работы выпрямителя понимаются режимы, вызванные отказом в работе одного или двух вентилей моста, а так же ложными (аномальными) импульсами их управления с углами, отличающимися от заданного значения, которые попадают на управляющие электроды из-за коммутационных процессов или по причине нарушений в работе СИФУ.

В начале исследования аномальных режимов определимся условными положительными направлениями фазных токов. Положительные направления фазных токов совпадают с направлениями от точек а`, b’, c’ соответственно к точкам a, b, c (см рис 1.1).

Рис 1.1 Схема управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой:

Отрицательные – имеют противоположенные направления: от точек a, b, c к точкам a’, b’, c’. В дальнейшем будем пользоваться этими условными направлениями фазных токов. В этом разделе сравним два способа диагностики управляемых выпрямителей: 1) способ диагностики, основанный на спектральном анализе кривой выходного напряжения

2) способ, основанный на совместном анализе кривых мгновенных значений фазных токов и выходного напряжения выпрямителя. Наша задача состоит в определении вентилей или одного вентиля вышедшего из строя.

Полный отказ в работе одного плеча моста Т1

а) б)

рис 1 Схема управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой:

а) Нормальный режим

б) отключение тиристора Т1

а

U,B

Ib,A

t,c

Ubc

Uba

Uca

Ucb

)

Ia,A

Ic,A

T5

T2

T1

T2

T1

T4

T3

T4

T5

T2

T1

T2

T1

T4

T3

T4

T5

T2

T1

T2

T1

T4

T3

T4

T5

T2

T1

T2

t,c

б)

Рис.2. Кривые мгновенных значений выходного напряжения (а) и фазных токов (б) управляемого выпрямителя при α1...6=0˚ и отключении тиристора Т1

а

U,B

t,c

Ucb

Ubc

Uba

Uca

Ucb

)

б)

T5

T2

T1

T2

T1

T4

T3

T4

T5

T2

T1

T2

T1

T4

T3

T4

T5

T2

T1

T2

T1

T4

T3

T4

T5

T2

T1

T2

Ia,A

Ib,A

Iс,A

t,c

Рис.3. Кривые мгновенных значений выходного напряжения (а) и фазных токов (б) управляемого выпрямителя при α1...6=45˚ и отключении тиристора Т1

Способ диагностики, основанный на спектральном анализе кривой выходного напряжения.

а

t,c

t,c

U,B

U,B

)

б)

Рис.3. Кривые выходного напряжения и спектры их гармоник управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой:

а – НОРМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ при α1…6=45˚

б – АНОМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ при α1…6=45˚ и отключение тиристора Т1

При таком способе диагностики мы видим, что кривая выходного напряжения и её гармоники при аномальном режиме отличается от кривой выходного напряжения и её гармоник при нормальном режиме. Но мы не можем определить какой именно тиристор вышел из строя.

Способ, основанный на совместном анализе кривых мгновенных значений фазных токов и выходного напряжения выпрямителя.

Нормальный режим управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой при α1…6=45˚ и непрерывном токе.

Ucb

Uab

Uac

Ubc

а

t,c

t,c

t,c

t,c

U,B

Ib,A

Ic,A

)

Ia,A

б)

рис 4 Кривые выходного напряжения (а), фазных токов(б) и спектры их гармоник при нормальном режиме работы.

Управляемый выпрямитель с активно индуктивной нагрузкой Нормальный режим работы при α1-6=45˚
Частота,Гц			0	50	100	150	200	250	300	350	400	* I
№гармоники			0	1	2	3	4	5	6	7	8
фаза	a	Iamv	0	5,12	0	0	0	1,06	0	0,68	0	4,86
	b	Ibmv	0	5,12	0	0	0	1,06	0	0,68	0	4,86
	c	Icmv	0	5,12	0	0	0	1,06	0	0,68	0	4,86
Udmv			154.36	0	0	0	0	0	54.76	0	0

Аномальный режим управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой при α1,2,4,5,6=0˚ и отключении тиристора Т1

t,c

t,c

t,c

U,B

Ia,A

Ib,A

Ic,A

Ubc

Uba

Uca

Ucb

Ucb

t,c

t1

t2

рис 5 Кривые выходного напряжения (а), фазных токов(б) и спектры их гармоник при нормальном режиме работы.

Управляемый выпрямитель с активно индуктивной нагрузкой . Аномальный режим работы при α1-6=45˚ и отключении тиристора Т1.
Частота,Гц			0		50		100		150		200		250		300		350		400		* I
№гармоники			0		1		2		3		4		5		6		7		8
фаза	a	Iamv		0,97		1,66		0,84		0,04		0.40		0,34		0,03		0.22		0,21		0,9737
	b	Ibmv		0,12		3,33		0,18		0,03		0,02		0,64		0,04		0,45		0,03		0,1116
	c	Icmv		1,09		2,93		0,68		0,06		0,38		0,53		0,03		0,39		0,19		1,09
Udmv			92,99		105,78		64,79		20,54		12,11		16,28		48,47		7,72		10,04		92,99

При рассмотрении рис.5 видно, что в промежутке времени t₁-t₂ ток фазы «a» равен нулю, а фазы «b» положителен и направлен от b’ к b, ток фаза «c» отрицателен и направлен от c к c’. При таких направлениях фазных токов, ток выпрямителя может протекать лишь при воздействии линейного напряжения U_cb по цепи c – X_γ – c’ – T5 – RL – T2 – b’ – X_γ – b через тиристоры Т5 и Т2. Установив напряжения за весь период видим, что отсутствуют напряжения U_ab, U_ac, отсюда следуют, что неисправен тиристор Т1(либо недодается сигнал управления, либо тиристор вышел из строя).

Включение тиристора аномальным импульсом

α_1-6=45⁰ α₁=0⁰.

рис 6 Схема управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой при аномальном режиме

а

U,B

t,c

Ucb

Uab

Uac

Ubc

Uba

Uca

Ucb

)

t,c

t,c

Ib,A

Ic,A

Ia,A

t,c

б)

Рис.7. Кривые мгновенных значений выходного напряжения (а) и фазных токов (б) управляемого выпрямителя при α1...6=45˚ и при аномальном импульсе α₁=0.

Способ диагностики, основанный на спектральном анализе кривой выходного напряжения.

U,B

U,B

а)

б)

Рис.8. Кривые выходного напряжения и спектры их гармоник управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой:

а – НОРМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ при α1…6=45˚.

б – АНОМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ при α1…6=45˚ и при аномальном импульсе α₁=0.

При таком способе диагностики управляемого выпрямителя мы можем по виду напряжения и её гармоник определить, что произошло включение тиристора аномальным импульсом, но мы не можем определить в каком именно тиристоре это произошло.

Способ, основанный на совместном анализе кривых мгновенных значений фазных токов и выходного напряжения выпрямителя.

Нормальный режим управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой при α1…6=45˚ и непрерывном токе.

Ucb

Uab

Uac

Ubc

Uba

Uca

а

t,c

t,c

t,c

t,c

U,B

)

Ia,A

б

Ic,A

Ib,A

)

рис 9 Кривые выходного напряжения (а), фазных токов(б) и спектры их гармоник при нормальном режиме работы.

Управляемый выпрямитель с активно-индуктивной нагрузкой Нормальный режим работы при α1-6=0˚
Частота,Гц			0	50	100	150	200	250	300	350	400	* I
№гармоники			0	1	2	3	4	5	6	7	8
фаза	a	Iamv	0	5,42	0	0	0	1,12	0	0,72	0	4,86
	b	Ibmv	0	5,42	0	0	0	1,12	0	0,72	0	4,86
	c	Icmv	0	5,42	0	0	0	1,12	0	0,72	0	4,86
Udmv			154,36	0	0	0	0	0	54,76	0	0

Аномальный режим управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой при α1,2,4,5,6=45˚ и при аномальном импульсе α₁=0.

U,B

t,c

Uab

Uac

Ubc

Uba

Uca

Ucb

Ia,A

Ib,A

Ic,A

t,c

t,c

t,c

t1

t2

рис 10 Кривые выходного напряжения (а), фазных токов(б) и спектры их гармоник при аномальном режиме работы.

Управляемый выпрямитель с активно-индуктивной нагрузкой Аномальный режим работы при α1-6=0˚ и при аномальном импульсе α1=0.
Частота,Гц				0		50		100		150		200		250		300		350		400		* I
№гармоники				0		1		2		3		4		5		6		7		8
фаза	a	Iamv	0,67		6,13		1,13		0,97		0,82		0,88		0,42		0,60		0,04		6,13
	b	Ibmv	0		5,86		0		0		0		1,14		0		0,83		0		5,86
	c	Icmv	0,66		4,93		1,14		1		0,83		0,56		0,41		0,86		0,04		4,93
Udmv				165,57		22,03		19,97		19,05		15,08		14,07		43,44		8,75		7,75		165,6

Главное при определении тиристора с аномальном импульсом, определения всех линейных напряжений. Их можно определить если имеются кривые мгновенных значений фазных токов в соответствующие промежутки времени. При рассмотрении рис.10 видно, что в промежутке времени t₁-t₂ ток фазы «c» равен нулю, а фазы «b» положителен и направлен от b’ к b, ток фазы «a» отрицателен и направлен от a к a’. При таких направлениях фазных токов, ток выпрямителя может протекать лишь при воздействии линейного напряжения U_ав по цепи a – X_γ – a’ – T1 – RL – T2 – b’ – X_γ – b через тиристоры Т1 и Т2. При этом в момент t=t1 тиристор Т1 вступает в работу с углом включения α=0⁰. При этом мы видим, что фазный ток Iв не искажается и состав его гармоник не меняется. Но фазный ток Ia и Ic меняются по форме и в составе их гармоник появляются много высокочастотных гармоник.