7.4. Характеристика коэффициента мощности

Коэффициент мощности показывает долю активной мощности от полной, потребляемой выпрямителем с данной схемой в зависимости от нагрузки, т. е.

. (7.14)

Расчетным выражением для коэффициента мощности является

. (7.15)

Смысл аргумента косинусной функции – угол сдвига первой гармоники сетевого тока относительно кривой напряжения.

Характеристикой коэффициента мощности является зависимость =f(I_d). Считаем коэффициент искажения постоянным. Изменяя I_d, рассчитываем  по формулам (2.19) или (2.20), в зависимости от режима, затем находим коэффициент мощности  по (7.15). Вычисленные величины приведены в табл. 7.5, а построенные характеристики коэффициента мощности на рис. 7.2.

Таблица 7.5

Угол коммутации и коэффициент мощности в зависимости от нагрузки

Id/Id.ном	Неуправляемый режим		Управляемый режим
	, 		, 	
0	0	0,9593	0	0,8308
0,1	14,08	0,9521	3,28	0,8169
0,2	19,96	0,9448	6,3	0,8033
0,3	24,51	0,9375	9,11	0,7902
0,4	28,37	0,9301	11,76	0,7774
0,5	31,8	0,9226	14,28	0,7649
0,6	34,93	0,9151	16,7	0,7525
0,7	37,83	0,9075	19,2	0,7403
0,8	40,56	0,8999	21,26	0,7283
0,9	43,13	0,8922	23,43	0,7163
1	45,6	0,8844	25,54	0,7044

Получаем, что в управляемом режиме коэффициент мощности и углы коммутации всегда меньше, чем в неуправляемом.

7.5. Характеристика коэффициента полезного действия

Эта характеристика показывает отношение мощности P_d, отдаваемой выпрямителем нагрузке в данном режиме работы, к активной мощности Р₁, потребляемой из питающей сети, в зависимости от нагрузки.

Расчетным выражением для КПД будет:

, (7.16)

где P_d – мощность на стороне постоянного тока,

; (7.17)

Р_т – потери мощности в трансформаторе, складывающиеся из потерь холостого хода и потерь короткого замыкания, пропорциональных квадрату тока,

; (7.18)

Р_в – потери мощности в вентилях преобразователя

, (7.19)

где n_а – число параллельных секций, n_а=1 для заданной схемы.

Расчет потерь мощности по формулам (7.18), (7.19) заключаем в табл. 7.6, а расчет КПД по (7.17) и (7.16) – в табл. 7.7.

Таблица 7.6

Расчет мощности потерь

Id, А	Pк.з.Id/Id.ном, Вт	Рт, Вт	psId/2nа, А	UT0+rTId/nаa, В	Рв, Вт	Рт+Рв, Вт
0	0	1250	0	1,15	0	1250
50	17	1267	50	1,175	58,7	1326
100	70	1320	100	1,2	120	1440
150	157	1407	150	1,225	183,7	1591
200	280	1530	200	1,25	250	1780
250	437	1687	250	1,275	318,7	2006
300	630	1880	300	1,3	390	2270
350	857	2107	350	1,325	463,7	2571
400	1120	2370	400	1,35	540	2910
450	1417	2667	450	1,375	618,7	3286
500	1750	3000	500	1,4	700	3700

Таблица 7.7

Расчет КПД

Id, А	Ud, В	Pd, кВт	Ud, В	Pd, кВт		
0	320	0	277,1	0	0	0
50	316	15,8	273,2	13,66	0,9226	0,9115
100	312,1	31,21	269,3	26,93	0,9559	0,9492
150	308,2	46,23	265,4	39,81	0,9667	0,9616
200	304,3	60,86	261,4	52,28	0,9716	0,9671
250	300,3	75,07	257,5	64,37	0,9740	0,9698
300	296,4	88,92	253,6	76,08	0,9751	0,9710
350	292,4	102,34	249,6	87,36	0,9755	0,9714
400	288,5	115,4	245,7	98,36	0,9754	0,9713
450	284,6	128,07	241,7	108,76	0,9750	0,9707
500	280,6	140,3	237,8	118,9	0,9743	0,9698

На рис. 7.3 изображаем характеристики КПД для режимов: управляемого и неуправляемого, из которых видно, что при одной нагрузке КПД в управляемом режиме ниже. Максимальный КПД наблюдается на интервале относительной нагрузки 0,7 – 0,8.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Спроектированный преобразователь включает в себя трансформатор 2ТСВ-250/6-У5, 12 тиристоров Т171-200-11 с охладителями О181-110, 12 одновитковых индуктивных делителей тока, высоковольтный выключатель ВЭМ-6-200, два выключателя автоматических быстродействующих ВАБ-43-2000/0,6, по два разъединителя РВЗ-6-400 и РВЕ-11-41, два трансформатора тока ТПЛ-10, трансформатор напряжения НТМК-6, провода М6, шины А203 и А405, предохранители ПК и ПТ-10, амперметр М151, вольтметр Э140, шунт 75ШСМ, а также схему управления тиристорами и несущие конструкции.

Заданная нулевая схема с шестифазной звездой обладает плохими технико-экономическими показателями (подразделы 1.3, 7.3), что объясняет факт неприменения данной схемы на реальных выпрямителях.

Показатели качества электроэнергии в управляемом режиме (_d, k_И) и эксплуатационные характеристики ( U_d=f(I_d), =f(I_d), =f(I_d) ) хуже, чем в неуправляемом, так как искажается кривая выпрямленного напряжения, увеличивая долю переменной составляющей. Применение управляемых выпрямителей обусловлено возможностью регулирования среднего значения выпрямленного напряжения в широких пределах.

КПД преобразователя в номинальном режиме достаточно высок – порядка 97 %, а коэффициент мощности в неуправляемом режиме – 0,88 , и управляемом – 0,7. В потерях мощности преобладают потери в трансформаторе.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Проектирование полупроводниковых преобразователей для устройств электрической тяги: Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Электронная и преобразовательная техника» для студентов специальности «электрификация железнодорожного транспорта» / Б. С. Барковский, А. Г. Пономарев. – Омский ин-т инж. ж.-д. транспорта, 1987. – 46 с.

2. Бурков А. Т. Электронная техника и преобразователи: Учеб. для вузов ж.-д. трансп. – М.: Транспорт, 1999. – 464 с.

3. Чебовский О. А., Моисеев Л. Г., Недошивин Р. П. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. – М., 1985. – 400 с.

4. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса: Справочник / Под. ред. И. С. Ефремова. – М., 1984. – 311 с.