2.2 Коэффициент мощности зависимого инвертора

В зависимых инверторах, в отличие от выпрямителей, активная мощность передается из цепи постоянного тока в сеть переменного тока, и эту мощность следует считать отрицательной. Соответственно, поскольку в интервалах α>π/2 и угол φ₍₁₎> π/2, коэффициент сдвига cosφ₍₁₎ также является отрицательным. Однако коэффициент мощности всегда считается положительной величиной и поэтому в выражение коэффициент мощности зависимого инвертора

следует подставлять абсолютные значения P₁₍₁₎ и cosφ₍₁₎. С учетом α=π-β для зависимого инвертора

(131)

Коэффициент искажения формы тока при мгновенной коммутации (когда форма тока прямоугольна) для трехфазной мостовой схемы преобразователя равен 3/π =0,955. С увеличением угла коммутации коэффициент искажения повышается, так при γ=40° величина коэффициента искажения формы тока увеличивается до 0,966.

Из выражения (131) видно, что коэффициент мощности зависимого инвертора повышается при уменьшении угла β. Однако, как было показано выше, уменьшение β приводит к уменьшению угла δ_з= β-γ

и соответственно к увеличению вероятности опрокидываний инвертора.

2.3 Коэффициент полезного действия зависимого инвертора

(132)

где

P_d=U_dI_d -мощность, потребляемая инвертором от источника электрической энергии постоянного тока;

P₁=m₁U₁I₁χ - активная мощность, отдаваемая инвертором в сеть переменного тока;

ΣP_п - сумма потерь мощности инвертора.

Составляющие ΣP_п определяются по тем же расчетным соотношениям, что и для выпрямительного режима.

Вопросы для самоконтроля:

1.Укажите отличие в формуле расчета коэффициента мощности управляемого выпрямителя и зависимого инвертора.

2. Укажите отличие в формуле расчета коэффициента полезного действия управляемого выпрямителя и зависимого инвертора.

3 Сглаживающие фильтры

1. Основные понятия о сглаживающих фильтрах

Сглаживающие фильтры применяются для сглаживания (подавления) пульсаций выпрямленного напряжения до уровня, который требуется по условиям эксплуатации в устройствах, питаемых данным выпрямителем.

Как было показано выше в разделе 1, выпрямленное напряжение представляет собой пульсирующую кривую, содержащую постоянную (полезную) и переменную («помеху») составляющие. Переменная составляющая выпрямленного напряжения является периодической функцией времени и может быть разложена в ряд Фурье, гармонический состав которой определяется фазностью (m₂) и тактностью (k_T) схемы выпрямления. Амплитуды высших гармоник зависят от угла регулирования и от угла коммутации.

Количественно величина пульсации оценивается коэффициентом пульсации, k_п. Как было ноказоно выше, коэффициент пульсации можно определить аналитически, как отношение амплитуды низшей (первой) гармоники переменной составляющей выпрямленного напряжения к его среднему значению:

(133)

Индекс k- это номер низшей гармоники по отношению к частоте питающего напряжения.

Коэффициент пульсации можно определить графо-аналитическим способом по предварительно построенной временной диаграмме выпрямленного напряжения. По этой временной диаграмме необходимо определить максимальное (U_dm.max) и минимальное (U_dm.min) () мгновенные значения выпрямленного напряжения и определить частное от деления полуразности максимального и минимального значений выпрямленного напряжения к полусумме этих величин:

(134)

Следует отметить, величина коэффициента пульсации, определенная по формуле (134), оказывается завышенной по сравнению с величиной коэффициента пульсации, определенной по формуле (133), которая является более точной.

Коэффициент пульсации выходного напряжения любого выпрямителя (k_П1) при заданном значении угла регулирования α определяется по приведенной выше формуле (59):

Оценка сглаживающего действия фильтра обычно производится по величине его коэффициента сглаживания, s, который определяется отношением коэффициента пульсации на входе фильтра (т.е. на выходе выпрямителя), k_п1 и коэффициента пульсации на выходе фильтра (т.е. на нагрузке), k_п2.

. s= k_п1/ k_п2 (135)

Величина коэффициента k_п2 обычно задается при проектировании выпрямителя. Расчет значения коэффициента сглаживания по формуле (135) не учитывает возможное падение напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя сглаживающего фильтра при протекании по нему тока нагрузки. Это падение напряжения принято оценивать коэффициентом передачи фильтра:

λ=U_d/U_d',

где U_d - напряжение постоянного тока на выходе фильтра (на нагрузке);

U_d'- напряжение постоянного тока на входе фильтра (на выходе выпрямителя).

Величина коэффициента передачи для фильтров выпрямителей большой мощности λ≈0,99, малой мощности λ≈0,91-0,95, для фильтров без потерь λ=1.

Таким образом, при расчете коэффициента сглаживания фильтра по формуле (135) принято λ=1. Выполнение инженерных расчетов сглаживающих фильтров по формуле (135) практически не приводит к появлению каких – либо значимых погрешностей.

Перечислим основные требования, которые предъявляются к сглаживающему фильтра:

1. Фильтр не должен существенно изменять режим работы самого выпрямителя.

2. Фильтр должен обеспечивать заданную величину коэффициента сглаживания напряжения на нагрузке во всех оговоренных режимах работы выпрямителя.

Кроме этого, к фильтру предъявляются еще ряд требований и ограничений, носящих в основном конструктивный и эксплуатационный характер (вес, габариты, коэффициент полезного действия и так далее).

Выполнение первого требования достигается в основном соответствующим выбором схемы фильтра и должно учитываться при расчете его параметров. Так, например, емкостной фильтр или фильтр с емкостным входным звеном в мощных выпрямительных установках применять не рекомендуется, так как указанные типы фильтров ухудшают форму токов, протекающих через вентили и трансформатор, в результате чего возрастают потери в них и повышается их установленная мощность. Кроме этого, резко увеличивается доля высших гармоник в кривой переменного тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети.

Наличие емкости на выходе управляемого выпрямителя недопустимо и с точки зрения регулирования выходного напряжения, так как в этом случае ток на выходе выпрямителя может стать прерывистым и условия нормальной работы выпрямителя нарушаются.

Отметим, что емкостной фильтр находит применение в выпрямителях малой мощности, для которых высокие значения энергетических показателей не являются определяющими. Кроме этого, в современных частотно - управляемых электроприводах переменного тока, выполняемых на преобразователях частоты со звеном постоянного тока, применяется неуправляемый выпрямитель, на выходе которого, как правило, устанавливается емкостной фильтр.

На рисунке 28 приведены три типа сглаживающих фильтров:

-емкостной, или С - фильтр;

-индуктивный, L - фильтр;

-индуктивно-емкостной, или L-C фильтр.

Рисунок 28. Сглаживающие фильтры: а-емкостной фильтр, б-индуктивный фильтр; в- индуктивно-емкостной фильтр