ПЗ_испр (1231493), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Рисунок 1.14 – Диаграммы работы мостового трёхфазного управляемого выпрямителя с учетом процесса коммутации

Аналогично определяется потенциал при коммутации вентилей анодной группы. Таким образом, во время коммутации вентилей анодной или катодной группы потенциал соответствующей общей шины ( или ) определяется полусуммой напряжений двух фаз, участвующих в коммутации. Полусуммы фазных напряжений: , и показаны тонкой линией на рисунок 1.15, а.

Как следует из рисунка 1.15, а, б, на этапе коммутации происходит снижение мгновенного значения выпрямленного напряжения , что сказывается на среднем значении выпрямленного напряжения . В соответствии с (1.34) для активно-индуктивной нагрузки с справедливо соотношение

, (1.38)

где – потери напряжения, связанные с коммутацией.

На рассматриваемом интервале коммутации (рисунок 1.9) мгновенные потери напряжения определяются разностью ординат напряжений и (рисунок 1.14, а) и рассчитываются по формуле

. (1.39)

Числитель (1.39) представляет линейное напряжение .
К моменту начала коммутации напряжение имеет отстающий фазовый сдвиг  относительно точек естественного открытия вентилей. В этом случае мгновенные значения определим по формуле

. (1.40)

Среднее значение коммутационных потерь напряжения рассчитывается интегрированием выражения (1.40) на интервале коммутации:

. (1.41)

Опуская промежуточные преобразования для , получим [3]

. (1.42)

С учетом (1.40) расчетная формула (2.5) принимает вид:

. (1.43)

Влияние коммутационных процессов на форму токов вентилей, а также токов первичной и вторичной обмоток трансформатора показано на рисунок 1.14, в, г. Первые гармоники токов имеют фазовый сдвиг: относительно соответствующих фазных напряжений обмоток трансформатора.

2 ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ТРЕХФАЗНОГО УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

2.1 Общие сведения

Для построения модели трехфазного управляемого выпрямителя принято решение использовать прикладное программное обеспечение – интерактивный эмулятор схем Multisim v.14.0 (Multisim).

Применение Multisim позволяет наиболее наглядно изучить работу схему трехфазного управляемого выпрямителя с использованием ЭВМ. Моделирование каждого отдельного узла, входящего в состав трехфазного управляемого выпрямителя схоже с составлением физических моделей электрических схем. Характер работы моделей практически соответствует работе реальных схем.

Multisim содержит большой набор инструментов и библиотек элементов существенно облегчающие процессы проектирования, отладки и измерения: виртуальные тестеры, генераторы, осциллографы, готовые модели электротехнических деталей и т.д.

2.2 Теоретические сведения

В трехфазной нулевой схеме (рисунок 2.1) первичная (сетевая) обмотка может соединяться звездой или треугольником; вторичная (вентильная) – только звездой.

Нагрузка подключается между нулевой точкой вторичной обмотки трансформатора и общим выводом трех катодов вентилей, соединенных в общую группу. Общий катодный вывод является положительным полюсом для цепи нагрузки, а нулевая точка вторичной обмотки трансформатора – отрицательным. Известны нулевые схемы, в которых в общую группу соединяются три анода. Тогда общая анодная точка будет отрицательным выводом для цепи нагрузки, а нулевая точка – положительным. В первом варианте схемы каждый вентиль работает в течение того промежутка времени, когда потенциал его анода выше потенциалов анодов других вентилей, т.е. 2/3 периода.

Рисунок 2.1 – Подключение измерительных приборов в трехфазной

нулевой схеме выпрямления

Это подтверждают изображенные на рисунке 2.2 временные диаграммы, соответствующие чисто активной нагрузке. Ток протекает через вентиль VD1 с момента времени ₁, когда напряжение U_а фазы «а » – положительно, фазы «в » – отрицательно, фазы «с » – положительно, но меньше напряжения фазы «а ». Через вентиль VD1 будет течь ток до тех пор, пока положительное напряжение фазы В (U_в) окажется больше напряжения фазы а (с момента времени ). Открывшийся вентиль VD2 закроет вентиль VD1. Соответственно, через вентиль VD2 ток будет течь с момента до и через вентиль VD3 – с момента до . Мгновенное значение выпрямленного напряжения в любой момент времени определяется величиной ординаты кривой напряжения работающей фазы [4, 5, 7].

Среднее значение выпрямленного напряжения холостого хода определяется выражением

(2.1)

где – действующее напряжение вентильной обмотки трансформатора.

Среднее значение тока вентиля за период

(2.2)

Максимальное значение тока вентиля

(2.3)

Рисунок 2.2 – Временные диаграммы напряжений и токов

Действующее значение тока в фазе вторичной обмотки трансформатора, при активно-индуктивной нагрузке и отсутствии коммутации ( , )

(2.4)

Так как анод неработающего вентиля присоединен к одной фазе, а катод через работающий вентиль - к другой, то обратное напряжение на вентиле равно линейному напряжению вторичной обмотки трансформатора, т.е.

, а (2.5)

В каждый момент времени во вторичной обмотке ток протекает только по одной фазе, в то время как в сетевой обмотке работают все три фазы (рисунок 1.5). Для определения соотношения между этими токами можно воспользоваться законами Кирхгофа для электрической и магнитной цепей. (В уравнениях принято число витков сетевой обмотки всех фаз равным числу витков его вентильной обмотки). Для электрической цепи первичной обмотки трансформатора по первому закону Кирхгофа

(2.6)

Если в какой-то момент времени во вторичной цепи ток проводит вентиль VD1, то для контура магнитной цепи, включающего стержни фаз А и В справедливо выражение

(2.7)

Для контура, охватывающего стержни фаз В и С

(2.8)

где , _, – мгновенные значения токов первичной обмотки фаз А, В и С;

– мгновенное значение тока работающей фазы вентильной обмотки трансформатора.

Совместное решение уравнений для электрической и магнитной цепи определяет токи фаз первичной обмотки

; ; . (2.9)

Знак минус в последних выражениях показывает, что токи фаз В и С имеют направление, противоположное принятому на рисунок 2.3.

Таким образом, намагничивающие потоки в стержнях В и С равны произведению и направлены сверху вниз. В стержне фазы А суммарная намагничивающая сила также направлена сверху вниз и равна сумме намагничивающих сил первичной и вторичной обмоток трансформатора.

(2.10)

Следовательно, во время работы вентиля VD1 во всех трех стержнях трансформатора магнитные потоки направлены в одну сторону. При работе вентилей VD2 или VD3 направление и величина намагничивающих сил в стержнях трансформатора не меняется. Таким образом, в любой момент времени для данной схемы во всех трех стержнях трансформатора магнитные потоки направлены в одну сторону и создают не скомпенсированный поток вынужденного намагничивания, который должен замыкаться через воздух и кожух трансформатора. Наличие постоянной составляющей потока вынужденного намагничивания нарушает нормальную работу трансформатора, поэтому необходимо увеличивать сечение стержней.

Рисунок 2.3 – Распределение магнитного потока в трехфазной нулевой схеме

Избавиться от потока вынужденного намагничивания можно путем соединения вентильных обмоток в зигзаг. При этом фазный ток вторичной обмотки будет течь одновременно по двум полуобмоткам, расположенным на разных стержнях, в противоположных направлениях. В этом случае магнитные потоки, создаваемые токами вторичных обмоток, компенсируются магнитными потоками первичных.

Действующее значение фазного тока первичной обмотки трансформатора при и

, (2.11)

где k – коэффициент трансформации.

Коэффициент трансформации определяется как

(2.12)

где и – фазные напряжения сетевой и вентильной обмоток.

В случае соединения первичной обмотки в треугольник сетевой ток равен

. (2.13)

Приведенные основные соотношения нулевой схемы справедливы при условиях: нагрузка активно-индуктивная ( ), индуктивное и активное сопротивления трансформатора равны нулю ( , ).

Как известно, зависимость выпрямленного напряжения от выпрямленного тока называется внешней характеристикой выпрямителя . C учетом активного и индуктивного сопротивления трансформатора и при идеальных вентилях уравнение внешней характеристики имеет вид

(2.14)

где – выпрямленное напряжение при отсутствии нагрузки,

. (2.15)

При реальных вентилях

. (2.16)

В последнем выражении – падение напряжения в вентиле. Для силовых полупроводниковых вентилей .

Коммутационные потери напряжения можно определить по формуле

Характеристики

Список файлов ВКР