2.1.2. Расчет исходных данных для проектирования

трансформатора

Угол коммутации диодов выпрямителя можно рассчитать с помощью формулы (1.15)

(2.1)

принимая I_d = I_dH.

Определение амплитудного и действующего значений ЭДС вторичной обмотки трансформатора можно выполнить с помощью формулы (1.18), приняв α = γ₂, I_d = I_dH

(2.2)

E₂ = E_2m/ . (2.3)

Коэффициент трансформации трансформатора равен

K_T = (2.4)

где U_CH = 25 000 В – действующее номинальное напряжение в контактной сети, которое прикладывается к первичной обмотке тягового трансформатора.

Действующий номинальный ток во вторичной обмотке тягового трансформатора равен I_2H = I_dH, если в выражении (1.20) принять α_Р = 0.

Действующий номинальный ток в первичной обмотке тягового трансформатора можно рассчитать по формуле (1.21), пренебрегая потерями мощности в трансформаторе.

Типовая мощность тягового трансформатора может быть рассчитана как полная номинальная мощность первичной обмотки:

S_T = S₁ = U_CH·I_1H, (ВА). (2.5)

2.1.3. Расчет и построение характеристик выпрямителя

Внешние характеристики выпрямителя U_d = f(I_d) при α = α_P и при α = 1,4α_P можно построить каждую по двум точкам. Если в формуле (1.19) принять I_d = 0, то получим одну точку внешних характеристик, а если принять I_d = I_dH, то получим другую точку внешних характеристик. Через расчетные две точки каждой внешней характеристики можно по линейке провести прямые линии в системе координат U_d = f(I_d). Подробная информация о внешних характеристиках выпрямителя дана в разделе 1.6 данного учебного пособия.

Регулировочные характеристики выпрямителя U_d = f(α), I_d – const можно рассчитать с помощью формулы (1.19), придавая углу регулирования тиристоров выпрямителя α величины из таблицы 2.3.

Таблица 2.3

α, рад	0	1/6π	αP	1/3π	1/2π	2/3π	5/6π	π
Id=0, Ud,B
Id=IdH,Ud,B

Показать примеры расчета регулировочных характеристик для α_Р. По данным таблицы 2.3 построить регулировочные характеристики в системе координат U_d = f(α). Подробная информация о регулировочных характеристиках выпрямителя изложена в разделе 1.6.

2.1.4. Расчет зависимости угла коммутации тиристоров γ₁ и угла сдвига по фазе φ мгновенных значений тока первой гармоники относительно мгновенных значений напряжения первой гармоники в первичной обмотке тягового трансформатора от угла регулирования тиристоров выпрямителя α

Расчет γ₁=f(α) можно выполнить с помощью выражения (1.17), результаты расчета занести в таблицу 2.4.

Таблица 2.4

α, рад	0	1/6π	αP	1/3π	1/2π	2/3π	5/6π	π
γ1, рад
φ, рад

Зависимость φ = f(α) можно рассчитать по формуле

. (2.6)

В прямоугольной системе координат γ₁=f(α) и φ = f(α) по данным таблицы 2.4 построить графические зависимости. Смещение мгновенных значений тока первой гармоники φ относительно мгновенных значений напряжения первой гармоники в данном случае вызвано не реактивным характером электрического сопротивления цепи, а смещением по фазе мгновенных значений выпрямленного напряжения из-за угла регулирования тиристоров выпрямителя α и углов коммутации γ₁, γ₂ (2.6). Из-за не учета принципиального отличия особенности ранее отмеченного физического явления в ряде научных работ и на практике допускается ошибка в стремлении приблизить φ к нулю за счет применения компенсаторов реактивной мощности с целью повышения коэффициента мощности выпрямительных установок с нагрузкой.

2.1.5. Расчет зависимости коэффициента мощности выпрямителя с нагрузкой К_М от угла регулирования тиристоров α можно выполнить с помощью выражения (1.29), приняв I_d = I_dH

Для количественной оценки влияния выпрямителя на показатели качества электрической энергии в питающей сети можно воспользоваться известными математическими выражениями для расчета коэффициента нелинейных искажений формы тока в цепи первичной обмотки тягового трансформатора ν и коэффициента сдвига cosφ.

Показать примеры расчета К_М, ν, cosφ для α_Р , а остальные результаты расчета разместить в таблице 2.5.

Таблица 2.5

α, рад	0	1/6π	αP	1/3π	1/2π	2/3π	5/6π	π
КМ, о.е.
ν, о.е.
сosφ, о.е.

Коэффициент нелинейных искажений формы тока принято рассчитывать с помощью формулы

ν = , (2.7)

где I₁₍₁₎ = - действующий ток первой гармоники ряда Фурье в первичной обмотке тягового трансформатора;

I₁ – действующий несинусоидальный ток в первичной обмотке тягового трансформатора можно рассчитать, используя выражения (1.20 и 1.21):

.

Тогда формулу (2.7) можно записать в виде

.

Коэффициент сдвига cosφ можно рассчитать, используя результаты расчета угла сдвига по фазе φ мгновенных значений тока первой гармоники относительно мгновенных значений первой гармоники напряжения в первичной обмотке тягового трансформатора из таблицы 2.4 по формуле (2.6).

Проверку правильности результатов расчета в таблице 2.5 можно выполнить, используя равенство

K_M = ν·cosφ. (2.8)

По данным таблицы 2.5 в прямоугольной системе координат построить зависимость коэффициента мощности от угла регулирования тиристоров, К_м = f(α). Сформулировать вывод на основании анализа полученной зависимости. В прямоугольной системе координат построить зависимость коэффициента нелинейных искажений тока в первичной обмотке трансформатора от угла регулирования тиристоров выпрямителя, ν = f(α). Сформулировать вывод о воздействии выпрямителя на показатели качества электрической энергии в питающей сети.