4.8 Оценка влияния коммутации на питающую сеть (для трехфазной мостовой схемы выпрямления)

Относительное действующее значение высших гармоник напряжения питающей сети, ΔU_в.г., из-за явления коммутации:

где

.

Определим параметры короткого замыкания питающей сети, при которых искажение напряжения питающей сети не выйдет за пределы, установленные стандартом. В соответствие с (99) определим минимально допустимую величину мощности короткого замыкания питающей сети:

S_КЗ/P_dN≥20√[2π/(k_Tm₂ х_ф)-1]=20√[2π/(6•0,0527)-1]=87.

Это означает, что мощности короткого замыкания питающей сети должна быть больше мощности нагрузки не менее, чем в 87 раз.

Определим относительное значение высших гармонических при условии, что мощность короткого замыкания питающей сети S_К,З=87•27,65•10³=2405•10³ВА.

Откуда видно, искажение напряжения питающей сети при таких условиях составит не более 5%, что вполне удовлетворяет требованиям стандарта по нормам качества электроэнергии.

Отметим, что радикальным средством уменьшения высших гармонических напряжения в составе кривой напряжения питающей сети, или другими словами, повышения электромагнитной совместимости выпрямителя с питающей сетью, является повышения фазности схемы выпрямления. Решение этой задачи особенно актуально в автономных электроэнергетических системах, например, в бортовых электроэнергетических системах морских судов и летательных аппаратов, где выпрямитель и питающая сеть могут оказываться соизмеримыми по мощности. Однако и в мощных общепромышленных электроэнергетичесих системах, например, в системах передач электроэнергии на постоянном токе, выпрямители и зависимые инверторы выполняются по схемам повышенной фазности (18-ти фазные, 24-ех фазные и 36-ти фазные).

Определим гармонический состав напряжения питающей сети, к которой подключен выпрямитель, воспользовавшись для этих целей формулой (93)

где:

U_mk-амплитуда k-ой гармоники;

P_d=U_d0I_dN - расчетное значение мощности цепи постоянного тока;

S_к.з=S_к.з.тр+S_{к.з см};

S_к.з - суммарная мощность короткого замыкания ;

S_к.з.тр - мощность короткого замыкания трансформатора;

S_{к.з см} - мощность короткого замыкания синхронной машины, питающей трансформатор;

k-номер гармоники;

k=k_тm₂n±1;

n =1,2,3,… -натуральный ряд чисел.

Отношение расчетной мощности выпрямителя (P_d0) к мощности короткого замыкания питающей сети (S_КЗ), примим тем же, что и в предыдущем примере расчета.

.

Угол коммутации γ=18⁰.

Результаты расчета гармонического состава напряжения питающей сети представлены в таблице 14.

Таблица 14

Номер гармоники, k	5	7	11	13	17	19	23	25
Относительная величина гармоники напряжения, екз.,%	1,03• 10-2	0,93• 10-2	0,65• 10-2	0,50• 10-2	0,19• 10-2	0,06• 10-2	0,14• 10-2	0,2• 10-2

Увеличив число гармоник, можно показать, что при k→∞ действующее значение высших гармонических составит 0,05 (в относительных единицах).

Ток первичной обмотки трансформатора трехфазной мостовой схемы содержит только нечетные гармоники, кроме третьей и кратной ей, т.е 1,5,7,11,13 и т.д.

Без учета коммутационного процесса действующее значение k-ой гармоники первичного тока трансформатора меньше действующего значения первой гармоники первичного тока в k раз.

Определим коэффициент трансформации трансформатора

.

Действующее значение тока, потребляемого трехфазным мостовым выпрямителем из питающей сети с учетом угла коммутации γ, определим по формуле (101):

Действующее значение тока, потребляемого трехфазным мостовым выпрямителем из питающей сети с учетом угла коммутации γ, определим по формуле (101):

.

Отметим, что коммутация несколько уменьшает действующее значение тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети.

Действующее значение первой гармоники тока первичной обмотки без учета влияния коммутации определим по формуле (102)

Действующее значение тока любой высшей гармоники:

I_1(k)=I₁₍₁₎/k.

Определим коэффициент мощности выпрямителя без учета и с учетом угла коммутации

Для трехфазной мостовой схемы выпрямления коэффициент искажения формы тока первичной сети при L_d=∞ без учета угла коммутации

Коэффициент сдвига без учета угла коммутации

.

Коэффициент мощности выпрямителя без учета угла коммутации

Определим по формуле (109) коэффициент искажения формы тока питающей сети трехфазного мостового выпрямителя с учетом угла коммутации

По формуле (111) определим коэффициент сдвига с учетом значений угла коммутации γ=18⁰ и угла регулирования α=36⁰..

Коэффициент мощности выпрямителя в целом при учете угла коммутации

χ=0,957•0,698=0,6679.

Результаты выполненных расчетов показывают, что процесс коммутации выпрямителя приводит к уменьшению коэффициента мощности за счет уменьшения величины коэффициента сдвига.

Вопросы для самоконтроля:

1 Перечислите исходные данные, необходимые для расчета выпрямителя.

2 Перечислите основные этапы методики расчета выпрямителя.

3 Укажите параметры, необходимые для выбора тиристоров силовой схемы и как рассчитать эти параметры?

4 Как рассчитать номинальный, минимальный и максимальный углы регулирования выпрямителя?

5 Какие параметры необходимы для расчета сетевого трансформаторы выпрямителя или для выбора готового трансформатора и как определить эти параметры?

6 Как рассчитать КПД выпрямителя?

7 Как рассчитать коэффициент мощности выпрямителя?

8 Как рассчитать параметры сглаживающего фильтра выпрямителя?

9 Как оценить влияние управляемого выпрямителя на питающую сеть (на форму кривых напряжения питающей сети и форму потребляемого тока)?