3.2. Выбор питающего трансформатора

1. Напряжение вторичной обмотки силового трансформатора:

Напряжение вторичной обмотки трансформатора для угла управления :

2. По временным диаграммам выведем выражение для расчета действующего значения тока вторичной обмотки трансформатора, потребляемого УВ для номинального режима:

3. Рассчитаем оценочную мощность трансформатора:

где m₁ – число фаз вторичной обмотки S₁ и S₂ - расчетная мощность первичной и вторичной обмоток трансформатора с учетом работы ее на выпрямитель. Полагая, что коэффициент полезного действия трансформатора составляет приблизительно 0,92 – 0,98, можем считать, что S1  S2

4. По расчетной мощности S_ТР, напряжению U_1л, U_2л выберем стандартный трансформатор. При выборе будем учитывать, что напряжение U_2л должно быть равно или меньше паспортного значения U₂.

Технические данные выбранного трансформатора представлены в таблице 3.

Тип	Номинальная мощность, кВА	Uном, В		Потери, Вт		Напряжение короткого замыкания Uктр %	Напряжение холостого хода, Uхх %	Схема и группа соединения обмоток
		Первичное, U1 ном	Вторичное, U2ном	Холостой ход при Uн ΔPх.х.	Короткое замыкание при Uн ΔPк.з.
ТСП-16/0,7-УХЛ4	14,6	380	460	140	550	5,2	10	0,11 Д У

Таблица 3

5. По паспортным данным определим параметры трансформатора

• коэффициент трансформации

• полное сопротивление фазы трансформатора

• активное сопротивление фазы трансформатора R_2ф, приведенное ко вторичной обмотке

• индуктивное сопротивление фазы трансформатора

• индуктивность фазы трансформатора, приведенная к вторичной обмотке

4. Энергетические показатели и внешняя характеристика

4.1. Расчет энергетических показателей выпрямителя

1. Определение частот спектра

Так как анализируемая схема работает в режиме выпрямителя, то в спектре выходного напряжения будут присутствовать все номера гармоник (как четные, так и нечетные)

где - частота питающей сети, - частота пульсаций в цепи выпрямленного напряжения, - номер гармонической составляющей

2. Расчет значений амплитуд гармоник

Общее выражение отношения амплитудного значения -й гармоники к среднему значению выпрямленного напряжения управляемого выпрямителя определяется по формуле

Для угла управления и

Результаты расчетов для разных углов управления приведены в таблице 4.

Таблица 4

Номер гармоники	Частота высших гармоник	Относительное содержание высших гармоник Uνmax при заданных углах:
ν		0
1	300	20,06	98,90	104,70	110,65
2	600	4,91	48,16	51,08	54,06
3	900	2,17	31,95	33,90	35,89
4	1200	1,22	23,92	25,38	26,88
5	1500	0,78	19,12	20,29	21,49
6	1800	0,54	15,93	16,90	17,90
7	2100	0,40	13,65	14,48	15,34
8	2400	0,30	11,94	12,67	13,42
9	2700	0,24	10,61	11,26	11,93
10	3000	0,20	9,55	10,14	10,73

3. Расчет гармоник потребляемого тока:

Несинусоидальный периодический сигнал может быть разложен в ряд Фурье, то есть представлен в виде суммы простых синусоидальных сигналов:

, где - среднее значение разлагаемой функции за период.

Коэффициенты разложения имеют следующий вид:

При расчете гармонического состава потребляемого первичного тока учитывается, что он является знакопеременной периодической нечетной функцией, симметричной относительно оси абсцисс при совмещении полупериодов. Поэтому в его разложении в ряд отсутствуют постоянная составляющая (среднее значение потребляемого первичного тока равно нулю) и равны нулю все косинусоиды (α_ν= 0) и четные синусоиды. Для трехфазной мостовой схемы коэффициенты принимают следующий вид:

Разложение в ряд Фурье кривой первичного тока трехфазных выпрямителей определяет его следующим образом:

В спектре нет гармоник кратных 3, так как при ν кратном 3, равно нулю.

Амплитуда каждой гармоники первичного тока равна:

Действующее значение первичного тока:

4. Расчет коэффициента фазового сдвига:

На рисунке 5 представлены временные диаграммы коммутационных процессов для номинального угла управления 60 градусов.

Рис.5 Диаграммы коммутационных процессов для номинального угла управления

В момент коммутации, при одновременной работе трех тиристоров, коммутационный ток формируется из вынужденной и свободной составляющей токов

Так как вынужденный ток формируется двумя источниками, т.е. линейным напряжением , то с учетом «чисто-индуктивной» нагрузки

При активном сопротивлении обмоток трансформатора, стремящемся к нулю, свободная составляющая коммутационного тока равна вынужденной с обратным знаком в момент времени .

Следовательно, полный коммутационный ток будет равен:

Конечное значение нарастающего тока в любом из включаемых в работу тиристоров наступает в момент времени

Исходя из указанного выше выражения, можно вывести зависимость для угла коммутации.

Угол коммутации при нулевом и номинальном углах управления:

Коэффициент фазового сдвига:

5. Расчет коэффициента искажения тока первичной обмотки:

6. Расчет коэффициента мощности выпрямителя:

7. Расчет коэффициента искажения кривой напряжения сети:

8. Расчет коэффициента пульсаций на зажимах выпрямителя:

9. Расчет полной, активной, реактивной мощностей и мощности искажения, потребляемых выпрямителем:

• Активная мощность

• Реактивная мощность

• Мощность искажения

• Полная мощность

10. Расчет коэффициента полезного действия:

Потери в вентилях:

- количество одновременно работающих вентилей в схеме выпрямления, - средний ток, протекающий через вентиль, - прямое падение напряжения на тиристоре.

Потери в трансформаторе:

- ток обмотки трансформатора, - активное сопротивление фазы трансформатора.

Потери во вспомогательных устройствах:

Суммарная мощность потерь:

Коэффициент полезного действия выпрямителя: