СЭ_ВСП_УП

Номера гармоник, присутствующих в кривых первичного тока

выпрямителей, определяются по формуле: , где k=1,2,….

Формулы, приведенные выше, получены без учета коммутационных процессов. При работе выпрямителей средней и большой мощности не учитывать реального сопротивления обмотки трансформатора не допустимо. В этом случае комплексная амплитуда тока -ой гармоники в

.

Коэффициент искажения потребляемого тока определяется по формуле:

где — действующее значение 1-ой гармоники потребляемого сетевого тока; - действующее значение -ой гармоники

потребляемого тока.

Каждый из мощных статических преобразователей тем самым генерирует в электроэнергетическую систему автономного объекта высшие гармонические составляющие порядка υ=km±1 для сети переменного тока и υ=km - для сети выпрямленного тока (k - целое ). Несинусоидальный ток,

потребляемый СП, протекая по статорным обмоткам генераторов электростанции создает несинусоидальное падение напряжения на шинах

главного распределительного щита автономного объекта.

Коммутация токов вентилей вызывает искажение напряжения на

81

На рис.36 представлены временные диаграммы изменения напряжения во вторичных обмотках трансформатора.

Рис.36. Временные диаграммы изменения напряжения во вторичных обмотках трансформатора

Из диаграмм видно, что в эпюре линейного напряжения во время коммутационных моментов появляются импульсные изменения синусоиды, которые можно определить следующим образом:

U1 U4 2U2 л max sin t

U2 U5 U2 л max sin(t 120o)U3 U6 12 U2 л max sin(t 240o)

В моменты коммутации напряжение на фазе отлично от наводимого в ней ЭДС. Именно поэтому, линейное напряжение в каком-то смысле теряет

82

Существуют различные методы подавления высших гармонических.

Наиболее распространенными при этом являются:

- Повышение фазности питающего напряжения, в частности, переход к

12-и-пульсным схемам, для которых существенными гармониками становятся 11-я, 23-я и т.д., то есть устраняются наиболее опасные гармоники 5-я и 7-я.

- Создание на стороне переменного тока напряжения, например, 12-и-

фазного. Это возможно при использовании нескольких установок,

выполненных по 3-х фазной схеме. Первичные цепи при этом должны быть по возможности с равным числом соединенных треугольником или звездой. В этом случае компенсация 5-й, 7-й, 17-й и 19-й гармоник будет зависеть от соотношения углов управления и распределения нагрузки между статическими преобразователями. Наиболее благоприятным режимом является режим с одинаковыми углам управления для всех преобразователей.

- Включение сетевых фильтров, как правило, на стороне переменного тока, представляющих собой соединение дросселей и конденсаторов.

Каждый из таких фильтров настроен на гашение только одной своей гармоники (например, 5-ой или 7-ой).

-Использование несимметричных систем управления вентильных преобразователей.

2.8.Энергетические характеристики выпрямителей

Для выбора коммутационной аппаратуры, оценке влияния выпрямителя на сеть автономного объекта, сравнительной оценке различных типов преобразователей необходимо знать его энергетические

84

постоянной составляющей и колеблется между силовым трансформатором

и питающей сетью, определяя мощность искажения: ,

эта мощность обуславливает увеличение расчетной мощности в целом и ухудшает показатели системы, полная мощность, потребляемая ВП из сети:

.

Коэффициент мощности выпрямителя определяется по формуле:

,

.

При соизмеримой мощности генератора и выпрямителя коэффициент мощности должен рассматриваться по другой формуле:

.

Средняя мощность на выходе выпрямителя, выделяемая на нагрузке определяется по формуле:

Pd =Ud Id .

85

Полная (кажущаяся) мощность, выделяемая выпрямителем определяется по формуле:

P U I 1 T U Id t ,

d d d T 0

где Ud и Id – величина отклонений напряжения и тока на нагрузке от величины среднего (постоянного) во всех режимах.

Работа любого преобразователя сопровождается потерями электрической энергии в различных элементах схемы на их активных сопротивлениях. Величина этих потерь характеризуется коэффициентом полезного действия (КПД), который зависит от режима работы преобразователя и определяется:

где ∆Рi потери активной мощности.

Основные потери активной мощности ∆Рi определяются как потери в трансформаторе ∆Ртр, в вентилях ∆Рв, в сглаживающем фильтре Pф,

потери во вспомогательных устройствах Pвсп: P Pв Pтр Pф Pвсп

Потери в вентилях: Pв m1UTVS I AVS ,

где: m1 – количество вентилей в схеме выпрямления (одновременно работающих), ∆UTVS и IAVS – прямое падение напряжения и средний ток вентиля.

Потери в сглаживающем дросселе (фильтре): Pф Uф Id

Потери в трансформаторе ∆Ртр определяются как суммарные потери в стали и меди:

86

Так как все рассмотренные мощности зависят от выпрямленного тока,

то и КПД будет функцией тока нагрузки. В режиме номинального тока при максимальном выпрямленном напряжении значения КПД лежат в пределах

0,87...0,95.

Контрольные вопросы:

1.Объяснить назначение элементов, определяющих структурную схему УВ.

2.Какими основными параметрами характеризуются УВ?

3.Какая нагрузка используется при работе УВ средней и большой мощности?

4.По каким признакам разделяются выпрямители?

5.Как определяется частота пульсаций выпрямленного напряжения?

6.В чем особенности работы УВ средней и большой мощности?

7.Как влияет характер нагрузки на работу УВ?

8.Что такое угол управления?

9.Чему равна длительность проводящего состояния тиристора при различных видах нагрузки в разных схемах выпрямления?

10.Какой диапазон регулирования среднего значения напряжения Ud0

возможен при работе однополупериодного УВ?

11.Как влияет на характер изменения токов однополупериодного УВ реального трансформатора питания (x 0)?

12.Какова длительность проводящего состояния в однофазный двухполупериодный УВ при различных видах нагрузки?

двухполупериодный УВ?

14.Что такое регулировочная характеристика УВ?

15.Чему равно коммутационное снижение напряжения в однофазный двухполупериодный УВ?

87

16.Чем объясняется несинусоидальность тока вторичной обмотки трансформатора?

17.Как определяется индуктивное сопротивление фазы трансформатора?

18.Каков диапазон регулирования Ud в однофазном двухполупериодном УВ для различных видов нагрузки?

19. .В чем отличие работы УВ на противо-ЭДС?

20.В чем особенность работы трехфазного нулевого УВ?

21.Пояснить причины вынужденного намагничивания в трехфазном нулевом УВ.

22.Почему в трехфазном мостовом УВ нет потоков вынужденного намагничивания трансформатора?

23.Какова длительность проводящего состояния тиристоров в трехфазного нулевого УВ для различных видов нагрузки?

24.Чему равно коммутационное снижение напряжения в трехфазном нулевом УВ?

25.Что такое внешняя характеристика выпрямителя?

26.Как определить угол коммутации?

27.Какова длительность проводящего состояния тиристора в однофазном мостовом УВ при различных видах нагрузки?

28.Каково максимальное значение обратного напряжения на тиристоре?

29.Как определяются моменты включения и выключения тиристоров

втрехфазном мостовом УВ?

30.В чем заключаются преимущества мостового выпрямителя по сравнению с нулевой схемой выпрямления?

31.Каков диапазон регулирования в трехфазном мостовом УВ для разных видов нагрузки?

88

32.Какова длительность проводящего состояния тиристора в трехфазном мостовом УВ для различных режимов работы схемы?

33.В чем заключается особенность коммутации трехфазного мостового УВ?

34.На сколько снизится среднее значение выпрямленного напряжения, если одна из фаз трехфазного мостового УВ отключится?

35.Как влияет СП средней и большой мощности на питающую сеть?

36.Какие высшие гармоники в наибольшей степени искажают питающие напряжение при работе трехфазного мостового УВ?

37.Сравнить коэффициенты пульсации выпрямленного напряжения,

определенные разными способами для однофазной и трехфазной нулевых

схем.

38.Объяснить понятие активной, реактивной и полной мощности?

39.Объяснить, почему коэффициент мощности СП всегда меньше единицы.

40.Чем определяется мощность искажения?

41.От каких факторов зависит фазовый сдвиг первой гармоники сетевого тока?

42.Для каких схем целесообразно подключение нулевого диода?

43.Как изменяется диапазон регулирования напряжения при использовании нулевого диода (для различных схем)?

44.Перечислить причины основных потерь активной мощности при работе СП.

3.Ведомые сетью инверторы

Инверторами называются устройства, преобразующие энергию постоянного тока в энергию переменного тока. В ведомых сетью инверторами поток энергии изменяет свое направление на обратное и передается в питающее устройство - «сеть переменного тока», при этом

89

коммутация осуществляется под действием напряжения сети и

переменного тока, а частота тока равна частоте сети.

3.1. Анализ работы однополупериодного ведомого инвертора

Схема простейшего ведомого инвертора представлена на рис.37.

Рис.37. Схема однопульсного ведомого инвертора

Анализ работы схемы проводится при следующих допущениях:

тиристор VS –идеален, внутреннее сопротивление источника постоянного

положительный потенциал всегда подключен к аноду тиристора.

На рис.38 представлены временные диаграммы изменения

однонаправлены, следовательно, оба прикладывают к аноду тиристора VS

положительный потенциал.

90