8.2. Качество сетевого тока
Форма кривой тока, потребляемого выпрямителем из сети или возвращаемого инвертором, несинусоидальна и содержит гармонические составляющие с порядковым номером
, (44)
где k = 0, 1, 2, 3, … .
Если принять = 0 и Xd = , то доля каждой гармоники I1(n1) от основной или первой (f = 50 Гц) гармоники тока I1(1)
,
(45)
а действующее значение полного сетевого тока
.
(46)
Показателем качества этого тока является коэффициент формы кривой сетевого тока
0
,
(47)
характеризующий совершенство схем.
После преобразований из уравнений (46) и (47) можно получить формулу для определения коэффициента формы кривой сетевого тока:
.
(48)
Расчет рекомендуется производить до 37-й гармоники. Результаты расчета следует сравнить с данными табл. 4.
8.3. Внешняя характеристика
Большое значение для оценки эффективности преобразователя, особенно предназначенного для устройств электрической тяги, имеет внешняя характеристика, устанавливающая зависимость выпрямленного (инвертируемого) напряжения от тока нагрузки: Ud = f(Id).
Для выпрямительного режима работы уравнение внешней характеристики имеет вид:
(49)
для инверторного –
(50)
Необходимо построить внешнюю характеристику для неуправляемого выпрямительного режима ( = 0) и заданного. Пример построения характе-ристик преобразователя приведен на рисунке.
Характеристики преобразователя
Внешние характеристики неуправляемого (прямая 1 на рисунке) и управляемого (прямая 2) выпрямителей построены по уравнению (49) при = 0 и 0 соответственно.
Внешняя характеристика инвертора, рассчитанная по уравнению (50), получена без учета повышения напряжения на вентильной обмотке преобразовательного трансформатора в инверторном режиме (см. рисунок, прямая 3). Реализовать такую характеристику нельзя, так как будет затруднен переход выпрямительно-инверторного преобразователя из режима в режим, поэтому для обеспечения Ud.0.инв = Ud.0 целесообразно иметь характеристику инвертора с учетом повышения напряжения в инверторном режиме как продолжение характеристики неуправляемого выпрямителя (см. рисунок, прямая 4).
Для анализа работы инвертора и определения предельного тока инвертирования Id.инв.max требуется кроме внешней построить ограничительную характеристику (см. рисунок, прямая 5). Последняя является зеркальным отображением относительно оси ординат внешней характеристики условного выпрямителя, которая строится по выражению:
(51)
где δmin – минимальное значение угла восстановления, при котором обеспечи-вается нормальная коммутация тока тиристорами инвертора,
δmin = δ0 + τ, (52)
где δ0 – время выключения тиристоров в угловых единицах при токе Id.инв.max;
τ – угол запаса, равный 5 10 при частоте f = 50 Гц.
Для тиристоров время δ0 дается в справочной литературе [17] и составляет 50 200 мкс, или 0,9 3,6.
Нормальная работа инвертора обеспечивается при условии:
β γmax + δmin, (53)
где γmax – угол коммутации при максимальном рабочем токе Id.инв.max.
Если с увеличением тока инвертора Id.инв, а соответственно и угла коммутации γ, условие (53) будет нарушено, то произойдет опрокидывание инвертора, т. е. короткое замыкание системы «электровоз – инвертор».
Значение предельного (максимального) тока инвертора Id.инв.max, при котором еще сохраняется его устойчивая работа, определяется графически точкой пересечения внешней и ограничительной характеристик.