4.7 Расчет сглаживающего фильтра

Для расчета индуктивности сглаживающего дросселя L_d необходимо определить гармонический состав выпрямленного напряжения управляемого выпрямителя.

Амплитуду высшей гармоники порядка n определяется выпрямителем [2]:

а относительная величина её, Ū_пm:

где n=1,2,3, …-натуральный ряд чисел.

На рисунке 31 приведена зависимость Ū_пm =f(α) для трех рассматриваемых схем выпрямления

Рисунок 31. Зависимость относительной величины основной гармоники пульсаций от угла регулирования α

При n=1 гармоника имеет кратную частоту напряжения питающей сети в k_Tm₂ раз и называется основной. Для рассматриваемых схем выпрямления k_Tm₂=6.

Определим максимальный угол регулирования α_max при следующих условиях:

-ток цепи постоянного тока достигает своего минимального значения, I_dmin=0,1I_dN=250A

-напряжение питающей сети достигает своего максимального значения, U_cmax=U_CN(1+0,1)=1,1U_CN.

Рассчитанные с учетом этих условий углы регулирования α_max для трех рассматриваемых схем выпрямления:

-трехфазная мостовая схема выпрямления, α_max=36°;

-двойная трехфазная схема с уравнительным реактором, α_max=49°;

-кольцевая схема, α_max=43°.

Однако, если по условиям работы зарядного устройства потребуется регулировать напряжение U_d от нуля, то следует α_max принимать близким 90°.

В этом случае величину Ū_пm следует принимать равной 0,34, а амплитуду основной гармоники пульсаций рассчитывать по соотношению U_OГ.m=0,34U_d0.

Значение напряжения U_d0=U_dхх для рассматриваемых схем выпрямления с учетом вышеперечисленных условий:

-трехфазная мостовая схема: U_d0=11,06B;

-двойная трехфазная с уравнительным реактором: U_d0=10,01B;

-кольцевая схема: U_d0=10,62B.

Таким образом, максимальное значение амплитуды основной гармоники пульсаций для:

-трехфазной мостовой схемы: U_ОГ,m=0,34•11,06=3,76B;

-двойной трехфазной с уравнительным реактором: U_ОГ.m=0,34•10,1=3,43B;

-кольцевой схемы: U_ОГ.m=0,34•10,62=3,61B.

Для расчета индуктивности сглаживающего фильтра необходимо установить допустимую величину амплитуды тока основной гармоники, I_ОГ.m. С целью предотвращения прерывистого характера тока цепи постоянного тока необходимо выполнить условие I_ОГ.m< I_dmin, т.е. I_ОГ.m должна быть меньше величины I_dmin=250A. Примем I_ОГ.m=125А.

Требуется величина индуктивности сглаживающего дросселя:

-для трехфазной мостовой схемы:

-для двойной трехфазной с уравнительным реактором:

-для кольцевой схемы:

Можно определить требуемое значение L_d из известного соотношения [6]:

Для рассматриваемых схем

k_Tm₂=6 и

Определим индуктивность сглаживающего дросселя для трехфазной мостовой схемы при α=36° и ω₁=2πf₁=314c^-1

Таким образом, для трехфазной мостовой схемы принапряжении холостого хода U_dxx=11,06B и значении граничного тока I_гр.m=125А необходима индуктивность дросселя

Сравнивая два рассчитанных выше значения индуктивности фильтра, можно видеть их хорошее совпадение. Выбор стандартного реактора по каталогам необходимо проводить с запасом по величине индуктивности примерно в 1,5-2,0 раза. Выбираем реактор, индуктивность которого равна 20•10^-6Гн. Рабочий ток обмотки дросселя должен быть не менее номинального тока нагрузки, I_dN=2500А. По паспортным данным на дроссель необходимо определить величину активного сопротивления обмотки дросселя, рассчитать величину падения напряжения на нем и сравнить со значением принятым выше. В случая несовпадения этих значений необходимо снова вернуться к расчету и провести расчет, используя значение активного сопротивления обмотки стандартного реактора. Если уточнения не требуется, то далее следует выбрать конденсатор фильтра, используя формулу (137)

Коэффициент сглаживания фильтра s=k_п1/k_п2.

Коэффициент пульсации напряжения на выходе выпрямителя (на входе фильтра) следует определить по формуле (59) для максимального значения угла регулирования, α_max=36⁰ (для мостовой схемы).

Емкость конденсатора фильтра, С_Ф =3,24•10^-6/20•10^-6=0,16 Ф=160•10³ мкФ.

Выбираем конденсатор типа В43580 емкостью 220000 мкФ, рабочее напряжение которого U_CN=25В. Внутреннее активное сопротивление ESR=7*10^-3Ом. Выполним проверку фильтра на резонанс.

Угловая частота пульсации ω_П=6•2•π•f_c=1884c^-1.

476<942.

Параметры фильтра удовлетворяют условию отсутствия резонанса.