4.8. Ограничение величины уравнительных токов

При согласованном управлении вентильными группами (₁ +₂ =) сумма средних значений напряжений равна нулю, но сумма мгновенных напряжений отлична от нуля. Поскольку в уравнительном контуре находятся вентили, то ток имеет пульсирующий характер. Индуктивность уравнительных дросселейL_ур, ограничивающих среднее значение уравнительного токаI_ур, можно определить по выражению

,

где U_d0идеальное выходное напряжение преобразователя;

L_урсуммарная индуктивность уравнительного контура;

относительное (нормированное) значение уравнительного тока, зависящее от схемы выпрямителя и угла регулирования (рис. 7).

В мостовых схемах имеются два контурных тока, для ограничения которых необходимо включать соответствующие индуктивности в обе ветви уравнительного контура. Выбор параметров уравнительных дросселей производят при условии, что статический уравнительный ток в самом неблагоприятном случае не превышал бы заданное значение, например I_ур < 0,1I_н.

Имеется определенная взаимосвязь между выбором параметров уравнительных и сглаживающих дросселей в смысле оптимального проектного решения. Если уравнительные реакторы (дроссели) выбраны ненасыщающимися, то в большинстве случаев они одновременно могут выполнять и роль сглаживающего дросселя . Если дроссельоказывается насыщенным за счет тока двигателя, то индуктивность другого дросселя должна быть выбрана так, чтобы дроссель мог полностью воспринять уравнительное напряжение и ограничить ток до допустимой величины.

Рис. 7. Относительный уравнительный ток для _I +_II = : сплошная линия для схем с L_d  ; пунктирная линия  для схем с L_d  0; 1, 2  двухфазная мостовая схема; 3, 4  трехфазная нулевая схема; 5, 6  трехфазная мостовая схема; 7  трехфазная перекрестная нулевая схема, питаемая от отдельных вторичных обмоток трансформатора; 8  эквивалентная 12-фазная мостовая схема

4.9. Взаимодействие преобразователя с сетью

В электрических цепях с несинусоидальной формой тока можно выделить следующие составляющие мощности:

 активную мощность P, определяемую синусоидальным напряжением и синусоидальной составляющей тока, находящейся в фазе с кривой напряжения;

 реактивную мощность Q, определяемую синусоидальным напряжением и синусоидальной составляющей тока, сдвинутой относительно кривой напряжения;

 мощность искажений D, определяемую синусоидальным напряжением и высшими гармониками тока;

 полную мощность, которая равна

S²=P²+Q²+D².

Понятие коэффициента мощности связано с цепями переменного тока. В линейных цепях переменного тока, питаемых синусоидальным напряжением, коэффициент мощности определяется как cos, гдеугол сдвига фаз между синусоидальной кривой напряжения питания и синусоидальной кривой тока. Причины, приводящие к тому, что коэффициент мощности становится меньше единицы, обусловлены явлением накопления энергии и искажением кривой тока по сравнению с кривой напряжения питания.

В цепях, питаемых переменным синусоидальным напряжением, в которых появляются периодические токи несинусоидальной формы, выделяют две составляющие коэффициента : коэффициент, обусловленный сдвигом фаз между первой гармоникой тока и напряжением (cos), и коэффициент, обусловленный искажением кривой тока по отношению к кривой напряжения (). Коэффициент фазового сдвига определяется по выражению

,

коэффициент искажения по выражению

,

где I₁действующее значение первой гармоники тока;

Iдействующее значение тока цепи;

;

Uдействующее значение напряжения питания.

В общем виде коэффициент мощности можно найти из выражения

.

От значения коэффициента мощности потребителей, подключенных к питающей сети, зависит степень использования устройств, вырабатывающих и передающих электроэнергию. Уменьшение коэффициента мощности должно сопровождаться ограничением активной мощности, потребляемой этим устройством, что ведет к ухудшению использования питающей сети, трансформаторов, распределительных аппаратов и генераторов электрической энергии.

Отношение действующего значения фазного тока к действующему значению тока первой гармоники зависит от схемы преобразователя и числа фаз и при индуктивном характере нагрузки (L_d) определяется следующим выражением (без учета коммутационных процессов):

 для двухпульсной схемы (m= 2)

= 1,11;

 для трехпульсной схемы (m= 3)

= 1,21;

 для шестипульсной схемы (m= 6)

= 1,05;

 для двенадцатипульсной схемы (m= 12)

= 1,01;

 = (cos₁)= (cos).

Расчет составляющих полной мощности многофазного выпрямителя сводится к определению составляющих полной мощности каждой из фаз. На рис. 8, 9, 10, 11 приведены результаты расчетов применительно к наиболее распространенным преобразовательным схемам с естественной коммутацией.

Расчеты сделаны при следующих допущениях:

 угол отпирания вентилей изменяется в диапазоне от угла естественной коммутации_екдо;

 максимальное значение напряжения питающей сети U_m = 1 (коэффициент трансформации равен 1);

 максимальное значение тока ;

 фазовый угол нагрузки = 1^ои 40^о, намагничивающий ток трансформатора и коммутации вентилей не учитываются.

Рис. 8. Зависимости составляющих полной мощности и коэффициента мощности  однополупериодного выпрямителя от угла регулирования  и фазового угла нагрузки 

Рис. 9. Зависимости составляющих полной мощности и коэффициента мощности  двухполупериодного выпрямителя от угла регулирования  и фазового угла нагрузки 

Рис. 10. Трехпульсный (нулевой) выпрямитель. Зависимости составляющих полной мощности и коэффициента  мощности трехфазного выпрямителя от угла открытия  и фазового угла нагрузки 

Рис. 11. Зависимости составляющих полной мощности и коэффициента мощности  трехфазного мостового выпрямителя от () и 