Устройства силовой электроники. Учебное пособие

4.2. Расчет внешних и регулировочных характеристик

Внешняя характеристика – это зависимость средневыпрямленного напряжения от среднего значения тока нагрузки, т. е. Ud f (Id )

(рис. 52). В общем случае при работе выпрямителя возможны три режима работы: режим непрерывного тока; режим прерывистого тока; режим предельно-непрерывного тока (граничный режим).

Предельно-непрерывный режим

Уравнение внешней характеристики в этом режиме имеет вид

Эти выражения являются параметрическими уравнениями эллипса, дуга которого и является геометрическим местом точек внешней характеристики (рис. 52).

Режим непрерывного тока

В этом режиме очередной тиристор вступает в работу, прежде чем спадет до нуля ток в предыдущем тиристоре, поэтому появляется участок совместной работы двух тиристоров одной группы (коммутационный участок). В этом режиме внешняя характеристика рассчитывается по уравнению

71

– угол регулирования;

Rдр 0,3Rа – сопротивление катодного дросселя;

Uv – падение напряжения на тиристоре (в мостовой схеме – на

двух вентилях);

( pXa / 2 )Id – среднее значение падения напряжения от коммута-

ции.

В соответствии с приведенным выражением внешние характеристики вы-

прямителя Ud f (Id ) при постоянном

угле управления представляются в виде прямых линий (рис. 52), а его регулиро-

вочные характеристики Ud f ( ) при

постоянном токе нагрузки являются косинусоидальными.

Рис. 52. Внешние характеристики УВП

Режим прерывистого тока

Вэтомрежимесреднеезначениенапряженияпреобразователябудет больше, чем значение напряжения в режиме непрерывного тока при тех же углах регулирования. Это обусловлено уменьшением времени приложения в нагрузку отрицательного напряжения в режиме прерывистого тока. При этом длительность проводящего состояния тиристора

становится меньше 2 / p, и в интервале 2 / p – ток на выходе

равен нулю, а мгновенное значение напряжения на выходе выпрямителя становится равным ЭДС нагрузки.

При активном характере нагрузки в режиме ХХ и отсутствии ЭДС в цепи нагрузки режим прерывистого тока начнется при угле управления

гр. Граничный угол гр зависит от схемы выпрямления и опре-

делится: гр / 2 / р.

Уравнение регулировочной характеристики в режиме ХХ при Ld 0 имеет вид

Ud Ud0 1 sin( / p) . 2sin( / p)

72

4.3. Расчет энергетических характеристик

Коэффициент полезного действия (КПД)

КПД называют отношение полезной активной мощности в нагрузке к потребляемой из сети активной мощности:

Pd .

P1

Полезная активная мощность в нагрузке определится произведением средневыпрямленных значений напряжения и тока: Pd Ud Id .

Активную мощность, потребляемую из сети, можно представить в виде суммы полезной активной мощности и суммарных потерь мощности в

преобразовательной установке P:

P1 Pd P.

Суммарные потери мощности можно оценить по следующей формуле:

P PRТ PстТ Pv Pдр Pвсп ,

где PRТ Id2 RТ – потери в активном сопротивлении трансформатора;PстТ (1...2)%ST – потери в стали трансформатора;

Pv mv Uv Ia kф2 Ia2 Rдин – потери в вентилях, где mv – число вентилей;

Pдр Id2Rдр – потери в дросселе;

Pвсп (1...2)%Pd ном – потери на вспомогательные нужды: охла-

ждениетиристоров, напитаниеустройствуправления, насигнализацию и т. п.

Обратите внимание, что только потери в стали трансформатора и на вспомогательные нужды практически постоянны, остальные потери зависят от тока нагрузки. Зависимость КПД от тока нагрузки строится при различных значениях угла управления.

73

Коэффициент мощности

Коэффициентом мощности называют отношение активной мощности, потребляемой преобразователем из сети, к полной потребляемой мощности:

P1 .

S1

Активная мощность связана с полной мощностью следующим отношением: P1 S1 cos . Здесь – коэффициент несинусоидальности

входного тока (для трехфазной нулевой = 0,83, а для трехфазной мостовой и шестифазной нулевой схемы = 0,955), а – угол сдвига

между первыми гармониками входного тока и сетевого напряжения. Отсюда следует формула для расчета коэффициента мощности:

cos .

Угол зависит от угла управления и от угла коммутации :

cos cos cos( ) . 2

Всвою очередь, угол коммутации зависит от угла управления

иот величины нагрузки Id :

Таким образом, коэффициент мощности зависит от угла управления и от средневыпрямленного тока. Зависимость коэффициента мощности от угла управления строится при постоянных значениях тока нагрузки. Зависимость коэффициента мощности от тока нагрузки строится при фиксированных значениях угла управления.

74