Контрольные вопросы и задачи

1. Объяснить осциллограммы u’_0,a и i_0,a при разных видах нагрузки и a=0, a=60 электрических градусов в трёхфазном симметричном и несимметричном двухтактном выпрямителе.

2. Какие достоинства и недостатки у несимметричных схем управляемых тиристорных выпрямителей?

3. Уравнения регулировочных характеристик трёхфазных симметричных и несимметричных УВ при различных характерах нагрузки.

4. Когда возникает режим прерывистого тока при активной нагрузке: а) при m=2: б) m=3: в) m=6?.

5. Может ли возникать режим прерывистого тока при активно-индуктивной нагрузке?

6. Задача.Для однофазного управляемого выпрямителя по мостовой схеме при работе в режиме непрерывного тока с активно-индуктивной нагрузкой нарисовать форму выходного напряжения при

7. Задача. Для трехфазного мостового полууправляемого выпрямителя нарисовать и объяснить временную диаграмму напряжения на нагрузке при

8. Задача. Для трехфазного мостового управляемого выпрямителя нарисовать и объяснить для режима непрерывного тока нагрузки временную диаграмму выпрямленного напряжения при

3.6. Повышение коэффициента мощности управляемых выпрямителей

Для УВ средней и большой мощности характерен режим, когда потребляемый ими ток i₁ (рис. 3.13б) несинусоидален, а его первая (основная) гармоника i_1,1 смещена относительно фазного напряжения сети u₁ на угол j:

j=(a+0,5g). (3.13)

Это приводит к наличию в УВ помимо активной (полезной) мощности

Р_С=U₁·I_1,1·cosφ, (3.14)

еще и реактивной мощности

Q_С=U₁·I_1,1·sinj, (3.15)

а также так называемой мощности искажений

, (3.16)

которая создаётся высшими гармоническими составляющими тока i₁. Их удельный вес характеризуют коэффициентом искажения тока

, (3.17)

где I_1,1 – действующее значение первой (основной) гармоники тока i₁, а I₁– действующее значение самого тока.

Полная (вольт-амперная) мощность УВ

. (3.18)

Из трёх составляющих этой мощности лишь активная мощность является полезной. Поэтому отношение Р_С/S_C характеризует УВ как сетевую нагрузку и называется коэффициентом мощности К_М. Воспользовавшись уравнениями (3.14), (3.17), (3.18), получим уравнение

К_М=К_И·cosj (3.19)

в виде произведения коэффициента искажений тока i₁ на коэффициент фазового сдвига последнего относительно напряжения U₁. Низкие значения К_М из-за сильно искаженной формы тока i₁ либо вследствие большого зна­чения угла регулирования a требуют увеличения установленной мощности сети, в том числе трансформаторного оборудования, роста сечения проводов и повышения прочности изоляции. Поэтому стандарт IEC-555 МЭК (Международной электротехнической Комиссии) ограничивает значение К_М электрооборудования, потребляющего из сети мощность более 300 Вт и имеющего выпрямитель (электробытовые приборы, компьютеры, электронное оборудование, источники питания, электроприводы). Вступающий в действие новый стандарт МЭК IEC-1000-3-2 ужесточает требования к нормам на коэффициент мощности К_М потребителей энергии и изделий, выходящих на мировой рынок. В связи с этим задача улучшения качества мощности, потребляемой УВ из сети, становится важной для разработчиков электропитающих устройств промышленного оборудования.

Для уменьшения реактивной мощности Q_S находят применение схемы с ответвляющим (нулевым) диодом (см. п. 3.4), основным недостатком этих схем является повышение Т_С за счёт увеличения искажений формы тока i₂.

Другими способами уменьшения Q_С и Т_С являются установка силовых конденсаторов на входе УВ (рис. 3.18а) или применение фильтрокомпенсирующих устройств (рис. 3.17) в виде системы многофазных колебательных контуров, настроенных в резонанс напряжения на частоты наиболее интенсивных гармоник тока i₁ (5-ю,7-ю,11-ю и др.).

Указанные меры лишь частично позволяют улучшить К_М, поэтому регулирование напряжения УВ фазоимпульсным методом на практике осуществляется в сравнительно узких пределах и сочетается с другими методами, в том числе с регулированием напряжения переключением ступеней преобразовательного трансформатора и с применением вольтдобавочных схем.

В ступенчато-управляемых выпрямителях (рис. 3.18б) используются контактные (реле) или бесконтактные (симисторы) устройства, под­клю­ча­ю­щие управляемые вентили к различному числу витков вентильных обмоток преобразовательного трансформатора ( при глубоком регулировании уменьшается a_max и, следовательно, уменьшаются Q_С и Т_С).

В схемах с вольтдобавкой (рис. 3.18в) минимальное напряжение на выходе обеспечивается неуправляемым выпрямителем на диодах VD1, VD2, а повышенное напряжение достигается включением тиристоров.

В последнее время в УВ находит применение широтно-импульсный метод (ШИМ) регулирования напряжения, основанный на применении полностью управляемых (запираемых) тиристоров. При ШИМ управлении осуществляется многократное включение и отключение тиристоров в течение полупериода питающего напряжения с постоянной частотой f, значительно (и в целое число раз) превышающей частоту f₁ сетевого напряжения.

Выходное напряжение u_0,f состоит в этом случае из высокочастотных импульсов (рис. 3.18г) регулируемой длительности Т_и, а нормированная регулировочная характеристика УВ определяется их скважностью:

(3.20)

где – период повторяемости, причёмg принимает значения от 0 до 1.