Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 16
Текст из файла (страница 16)
(7и=) (1~). Внешняя характеристика определяется внутренним сопротивлением выпрямителя, которое приводит к снижению ввшрямленного напряжения с ростом нагрузки. Снижение напряжения обусловлено активным сопротивлением схемы М78, падением напряжения в тиристорах М7кк и индуктивным сопротивлением М7„, которое проявляется при процессах коммутации. С а1, = оответственно внешнюю характеристику выпрямителя ( (при а а=со) можно записать в виде следующего уравнения: (А= Июо сока — 1з(1а — М1кк — Му . (2.97) Согласно (2.97) выходное напряжение выпрямителя снижается по-мере увеличения тока нагрузки 1, за счет внутреннего падения напряжения. В зависимости от мощности выпрямителя влияние активных и реактивных элементов схемы в этом процессе различно.
Обычно в маломощных выпрямителях преобладает влияние активного сопротивления обмоток трансформатора, а в мощных='индуктивного сопротивления рассеяния трансформатора. Сле ледует отметить, что при значениях тока нагрузки, не превышающих номинальное, внутреннее падение напряжения выпрямителей, как правило, составляет не более 15 — 200г0 напряжения (7г0.
Однако при перегрузках и режимах, близких к короткому замыканию, становится существенным влияние внутренних сопротивлений схемы. Кроме того, в трехфазных и многофазных схемах при перегрузках изменяется характер электромагнитных процессов, влияющих на ход внешней харак- 79 теристики. В качестве примеров ниже рассматриваются внешние характеристики однофазной и трехфазной мостовых схем в диапазоне от холостого хода до короткого замыкания при идеально сглаженном выпрямленном токе (в1,а=со).
Внешняя характеристика едиофазного выпрямителя. Составл яюшие падения напряжения удобно представить в относительных единицах, приняв в качестве базисного значения напряжения (/хо = 2,„/2 (1г/х. (2.98) Тогда относительные падения напряжения могут быть записаны в виде М1„.= — '' ( -7); 2 х/2 11г М/за.=Маари/2 /2бг; (2.99) М/„. =1о х,/2,,/2 (/г где Яф — — Яфх+Яфг — эквивалентное активное сопротивление фазы трансформатора; Я~г — активное сопротивленне фазы первичной обмотки, приведенное ко вторичной обмотке; Яфг— активное сопротивление фазы вторичной обмотки (полуобмотки в схеме Со средней точхой).
При записи уравнения (2.97) для мостовой одиофазной схемы значения 1ха1„х и М1„, приведенные в (2.99), удваиваются, так как ток проходит по двум тиристорам одновременно и в процессе коммутации ток 1, распределяется между двумя контурами коммутации.
Для записи в относительных единицах уравнения (2.97) в качестве базисного значения тока используют ток короткого замь(кания схемы 1„(при Я,=О), который для схемы со средней точкой равен 1,=2 /'2(1~/х,. (2.!00) Уравнение (2.97) с учетом (2.99) и (2.100) принимает вид 11х.=сова — 1а 1+ — е(Я-7) — М1„а., (2.!01) х, На рис. 2.26, сг представлено семейспю внешних характеристик одиофазной схемы со средгей точкой (без учета падений напряжения в тиристорах и активпьхх сопротивлениях) для различных углов а в диапазоне от холостого хода до короткого замыкания.
Виеишие харажгеиаетиии трехфазяюгв йюетввегп выи!зямителгь Если для однофазных выпрямителей внешняя характеристика описывается одним уравнением во всем диапазоне изменения йо то бо од 3 чо ги„о од яо г ) 67 3 на Рис. 2.26. Внешние характеристики выпрямителей: о — однофазный двтхнолтнериодный нлн мостовой; О- трехфазный мостовой тока нагрузки, то в трехфазном мостовом выпрямителе с ростом тока нагрузки изменяются режимы работы схемы. По характеру протекания электромагнитных процессов в схеме выделяют три различных режима работы, которые далее кратко рассматриваются без учета падения напряжения в тиристорах и активных сопротивлениях схемы. В режиме 1 внешняя характеристика линейна (рис.
2.2б,о), а порядок работы тир исторо в аналогичен рассмотренному в 3 2.2. В этом режиме уравнение внешней характеристики в относйтельных единицах имеет вид 1; 1/а.=сойа- —, ,,/3 (2.102) где о,.=Ухо — с,хз бс,х ) 1д.=/а/1а,= т,1„/( /211г.) (2.103) Режим П возникает с ростом нагрузки при достижении углом коммутации я/3, после чего рост нагрузки не вызывает увеличения угла 7, которкгй остается равным я/3.
Однако начало процесса коммутации будет происходить с задержкой на некоторый угол а', называемый дополнительным углом уиравлеиня. В этом режиме начало коммутации тиристоров в одной группе совпадает по времени с концом коммутации в другой группе. Уравнение внешней характеристики во втором режиме имеет следуюший вид: 4 4 -1;+-Па.=1.
3 3 (2.104) 6 № 365$ а! Уравнение (2.104) представляется дугой эллипса с равнь и полуосями (ее продолжение за пределы режима П показ о на рис. 2.26,б штриховой линией). Режим 1П возникает с ростом нагрузки при появле и «двойного перекрытия» в работе тиристоров, когда чередую ся одновременные проводимости трех и четырех тирисго в схемы. В этом режиме угол Т снова начинает расти, становясь больше я73, а угол а' остается постоянным и равным $т~б. В этом режиме внешняя характеристика вновь становится линейной и ее уравнение имеет вид (уя,— УЗ(1-1;)'пРи гг<Я16; (2.105) Однако не всегда перечисленные режимы будут иметь место при изменении тока нагрузки от холостого хода до короткого замыкания.
Все три указанных режима могут возникнуть только при работе с углами управления 0<а<я/6, При работе с углами я/6<и<я1'3 будут режимы 1 и П1. При и>я/3 возможен только режим П1. 2.4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И СПОСОБЫ ИХ УЛУЧШЕНИЯ 2,4.1. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ И КПД ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ При определении КПД выпрямителя следует учитывать, что понятие мощности, выделяемой в цепи нагрузки постоянного тока, может иметь двоякий смысл. С одной стороны — это мощность Р„, определяемая как произведение постоянных составляющих (средних значений) выпрямленного тока 1, и напряжения 11„или Р,=(7я1я. С другой стороны, как отмечалось в 8 2.1, действительная полная мощность Р„ 'выделяемая в нагрузке, определяется как средняя мощность от мгновенных значений тока г„ и напряжения ня в нагрузке за период повторяемости формы выпрямленного напряжения или т Р'„= — )г ия(яс10 То (2.106) где Т вЂ” период повторяемости формы выпрямленного напряжения.
Разница в значениях этих мощностей обусловлена наличием пульсаций в выпрямленном напряжении, а следовательно, и в токе нагрузки, Так, если обозначить пульсации в виде переменных составляющих Лил и Л1я, то можно записать 82 1 т Р =Р + — ) Л „Л1 Ы. о ~Очеви но, кот а Ли и д, что в случае идеально сглаженного тока наг " грузки, „д „ст1„равны нулю, значения мощностей Р„и Р', совпадают.
На практике мощность Р„' при значительных пульсациях выпрямленного напряжения может быть намного больше Р,. При определении КПД выпрямителя этот факт необходимо учитывать. С энергетической точки зрения более правильно расчет КПД вести относительно мощности Р' хотя использ ется и у и значение Р„рассматриваемое в некотором г тока. послед- смысле как «полезная» мощность постоянного то . В нем случае составляющую мощности АР, об пульсацией нап я, о условленную потерям. ".
напряжения на нагрузке, относят к дополнительн м ы Основные потери активной мощности имеют место в следу- ющих частях силовых выпрямителей: в трансфо н рматоре р р выпрямителя 1з,ргя и во вспомогательных устрой- ствах (системах управления, защиты, охлаждения, сигнализации р.) „„. у ом этих составляющих для выпрямителя с малой пульсацией тока 1я (когда можно считать РяяиР',) КПД определяется из следующего соотношения: (2.107) (2.108) Рис. 2.27. Диаграммы сетевого нао "Ряжения и тока, потребляемог о лиофазиапя двукполулериоднмм выпрямителем при активно-индуктивной нагрузке (вг,к=ос) 83 туг 1я 17е1е+ЬР,+ЬРгв+~Р, ' Изготовляемые в настоящее время выпрямители средней оз 0,7 до 0,9.
и большой мощности на тиристорах имеют КПД в пределах назь эфф циентом мощности в установках переменного звается отношение активной мощности к полной. Козфгока фициент мощности позврляет определить полную мощность, потребляемую преобразователем электрической энергии, если известны активная мощность нагрузки преобразователя и его КПД.
При определении коэффициента мощности выпрям учитывать несинусоидальность ' потребляемого им ыпрямителя из сети тока. На рис. 2.27 представлены диаграммы напряжения и, питающей сети и тока 1„потребляемого однофазным управляемым выпрямителем из сети при допущении идеальной сглаженности выпрямленного тока (а2.з -— со) и отсутствия уг а коммутации. Из несинусоидального тока 1, может бы ь выделена первая гармоника 1„, отстающая от напряжен я и, на угол <р!. Соответственно активная мощность Р, потр бляемая выпрямителем, выражается следующей формулой: Р= (7,1„соз <р„ (2.
109) где (»',— действующее значение напряжения сети, питаю»Лей выпрямитель; DŽ— дейсзвующее значение первой гармонйки тока, поступающего из сети; <р! — угол сдвига первой гармоники тока по отношению к напряжению питающей сети. Полная мощность, потребляемая выпрямителем, на основании общего определения может быть записана в виде Ф !З+з," 7З (2.110) а=з где 7,— действующее значение несинусойдального тока, поступающего из сети; Т,„— действующее значение его л-й гармоники.
Коэффициент мощности выпрямителя й — это отношение активной мощности к полной, и в соответствии с формулами (2.107) и (2.108) он может быть выражен следующим соотношением: Р Т„сов <р, (2.1 1 П э Ф гс! + !» гс н=З Степень несинусоидальности тока в данном случае характеризуется коэффициентом искажения у, определяемым как отношение действующего значения первой (основной) гармоники тока к действующему значению всего тока. С учетом этого коэффициента (2.111) принимает вид )(=усов Ф!. (2.112) Для несинусоидального режима помимо активной мощности Р и реактивной мощности Д вводится понятие мощности искажения Т, определяемой как !Ф,~Р* — -! - »»'.
(2.113) Мощность искажения Т характеризует степень различия в формах кривых тока и напряжения. Для рассматриваемого случая форма кривой напряжения питающей сети — синусоидальная, а тока — прямоугольная, поэтому мощность Т отлична от нуля. Из рис. 2.27 видно,' что для идеализированной схемы однофазного выпрямителя (при «»Х,„= со и угле коммутации вз Т=О) ток !'„отстает от напряжения и, на угол ср„равный углу и. Поэтому коэффициент мощностй можно выразить как )(» усозш В идеализированноц схеме трехфазного мостового выпрямители углы и н !р! также равны и коэффициент мощности определяется по (2.114).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
