Лекция (855794), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Однако без механическиразрываемого переключения отводов трансформатора и отсутствиемискажений в кривой потребляемого тока является преимуществом такогоспособа регулирования действующего значения переменного напряжения.Фазоступенчатый способ регулирования переменного напряжения.В этом случае совместно используется ступенчатый и фазовый методрегулирования переменного напряжения. Схема преобразователя такая же,как и в случае ступенчатого метода регулирования (рис.11.1,г).
Взависимости от количества секций вторичной обмотки трансформаторасуществует двух, трех, четырех и многоступенчатое фазовоерегулирование в зависимости от какой секции трансформатора питаетсянагрузка. Фазовое регулирование осуществляет плавное регулированиедействующего значения напряжения на нагрузке (рис. 11.2,д.е).Рассмотрим работу схемы на примере двухступенчатого регулируемогопреобразователя. Временные диаграммы иллюстрирующие работу схемыпоказаны на рис. 11.2,д.е. Управляющие импульсы на отпираниесимистора С2 низшей ступени (секции с наименьшим вторичнымнапряжением) подаются в моменты перехода напряжения питания черезнуль, т.е. в момент естественного отпирания вентилей.
Отпираниесимистора С1 высшей ступени производят с некоторым углом . При =0моменты подачи импульсов управления на С1 и С2 совпадают. Но в этомслучае откроется симистр высшей ступени С1 так как в этом случаесимистор С2 окажется под обратным напряжением. Таким образомнапряжение на нагрузке при =0 будет определяться напряжением высшейступени вторичной обмотки трансформатора Uac.При углах управления 0 (рис. 11.2,д.е) на интервале токпроводит симистр С2, и напряжение на нагрузке определяетсянапряжением низшей ступени обмотки трансформатора. Управляющийимпульс, поступающий спустя интервала на симистр С1 вызывает егоотпирание и запирание симистора С2. Напряжение на нагрузке доокончания текущей полуволны напряжения питания будет определятьсянапряжением высшей ступени.95Таким образом, регулировочную характеристику находим из расчетадействующего значения напряжения кривой рис. 11.2,д.π122Uн ( 2Uab) sin d ( 2Uac) 2 sin 2 d π022U absin 2α U acsin 2α(α )( ).π2π2Совершенно очевидно, что используя метод фазового регулированиядействующего значения переменного напряжения, возможно плавное,безконтактное регулирование последнего, с высоким быстродействием.Однако, при этом способе регулирования коэффициент мощностиустановки будет меньше единицы за счет искажения формы потребляемоготока и появления фазового сдвига между напряжением сети ипотребляемым током.96Лекция 12.
Коэффициент мощности преобразовательнойустановкиКоэффициентмощностиэлектротехническойустановкихарактеризуется отношением активной мощности, потребляемойустановкой Р к полной кажущейся мощности S:= Р/ S,где потребление установкой активной мощности Р=UI(1)cos припитании установки от источника переменного напряжения;I(1) –действующее значение тока первой гармоники, если потребляетсянесинусоидальный ток;- фазовый сдвиг между синусоидальным напряжением и током первойгармоники;потребление установкой кажущейся мощности S= UI;I—полноедействующеезначениепотребляемоготока:I I (21) I (2n ) .n2Тогда= UI(1)cos/ UI = cosКоэффициент = I(1)/ I называется коэффициентом искажения, которыйхарактеризует степень несинусоидальности потребляемого установкойтока.Наличие фазового сдвига между синусоидальным напряжением ипервой гармоникой тока приводит к тому, что существуют временныеинтервалы, где ток и ЭДС совпадают по знаку. В этом случае устройствоявляется источником электрической энергии.
Но имеются участки когдаток и ЭДС противоположны по знаку. В этом случае устройство являетсяпотребителем электрической энергии. Если оперировать не ЭДС, анапряжениями, то известно, что вектор напряжения противоположенвектору ЭДС. Тогда при совпадении направления тока и напряженияустройство является потребителем электроэнергии. В противном случаеустройство превращается в источник электроэнергии. Это значит, что наодних временных интервалах реактивные элементы устройстванакапливают электрическую энергию, а на других интервалах отдают.Происходит постоянный энергообмен между источником питания ипотребителем.
Реактивная составляющая тока не создает активноймощности в нагрузке, тогда как в активных сопротивлениях монтажапроисходит потеря мощности р=i2r независимо от природы (активной илиреактивной составляющей) потребляемого тока. Поэтому источник долженобеспечить большую (кажущуюся) мощность, чем потребляет активнуюмощность установка.97Ток и напряжение разных частот также активной мощности не даютт.к. на периоде питающего напряжения чередуются интервалы когдавекторы тока и напряжения совпадают по направлению ипротивоположны. Рассмотрим подробнее составляющие коэффициентамощности для преобразовательной установки, работающей ввыпрямительном и инверторном режиме.Неуправляемый и управляемый выпрямительВ силу специфики работы выпрямительных установок, ток,потребляемыйизсетисинусоидальногонапряженияимеетпрямоугольную или ступенчато-прямоугольную форму.u1аб00i1(1)i123u1i1u1i14в02u11гi1t=0Рис.
12.1На рис.12.1,а показаны синусоидальная форма питающего напряженияи форма тока однофазного неуправляемого выпрямителя при активно98индуктивной нагрузке, полагая длительность коммутационного процесса равным нулю.Гармонический состав потребляемого из сети тока зависит отпульсности схемы, т.е. от числа фаз выпрямления m. При разложении вряд Фурье кривых потребляемого тока для различных схем выпрямленияполучим амплитуды гармонических составляющих:m1i () cos(n)d 1m mРяд присутствующих гармоник, подчиняющихся зависимости:n=km1где n- номер гармоники в кривой первичного тока,m- число фаз выпрямления,k – ряд натуральных чисел: 1,2,3,4,5…..Ниже приведены номера присутствующих гармоник и формыпервичных токов различных схем выпрямления:I max( 1) m =2n=1,3,5,7,9,11,13,15…m =3n=1,2,4,5,7,8,10,11 …m =6n=1,5,7,11,13,17,19 …m =12 полученныеn=1, 11,13,23,25,35…Анализируяданные, можносделать вывод, что чем большефазность схемы, тем меньше присутствие гармоник низкого порядка, т.е.тем ближе форма потребляемого выпрямителем тока к синусоидальной.Амплитуды составляющих гармоник и их действующие значенияподчиняются закону:I1(n)= I1(1)/n,где I1(1)- значение тока первой гармоники,I1(n)- значение тока n-ной гармоники.Как было показано выше, коэффициент искажения кривойпотребляемого тока:= I1(1)/ I1,где I1-полное действующее значение потребляемого тока.99Воспользовавшись полученными соотношениями можно посчитатькоэффициент искажения для различных схем:m=2=0,9m=3=0,805m=6=0,955m=12=0,985Фазовый сдвиг между током и напряжением в неуправляемыхвыпрямителях, если не учитывать коммутационные процессы –отсутствует и общий коэффициент мощности будет определяться толькокоэффициентом искажений: =.При учете явления коммутации (рис.12.1,б) первая гармоника токасдвигается в сторону отставания на угол = (точнее на угол 23).В управляемых выпрямителях начало протекания тока в вентиляхсдвигается на угол , значит сдвигается в сторону отставания первичныйток выпрямителя (рис.12.1,в).
Учитывая фазовый сдвиг за счет процессовкоммутации имеем:=+Тогда коэффициент мощности управляемого выпрямителя:=cos(+)Зависимость коэффициента мощности от угла управления (рис.12.2,а) почти такая же, как и регулировочная характеристика. Глубокоерегулирование выходного напряжения управляемых выпрямителейсопровождается резким уменьшением коэффициента мощности. Этообстоятельство ограничивает диапазон регулирования выходногонапряжения управляемых выпрямителей.Ud* =Ud/ Ud0Ud*10/2Рис. 12.2В режиме непрерывного тока угол регулирования изменяется от 0 до2 в сторону отставания. Значит, в этом же диапазоне изменяется фазовыйсдвиг между питающим напряжением и первой гармоникой потребляемого100тока.
Этому соответствует В этом случае при 0<- и активнаямощность P= UсетиI1(1)cos>0 и реактивная мощность Q= UсетиI1(1)sin<0,т.е. преобразователь потребляет активную и является генераторомреактивной мощности. Этот режим соответствует режиму естественнойкоммутации вентилей, т.е. под действием сетевого напряжения.Зависимый инверторВ режиме инвертирования преобразователь работает при углахуправления -<, т.е. преобразователь работает При этом фазовыйсдвиг находится в тех же пределах -<. Активная мощность P=UсетиI1(1)cos<0 и реактивная мощность Q=UсетиI1(1)sin<0 В этом случаепреобразователь генерирут в сеть как активную, так и реактивнуюмощность.101Лекция 13. Автономные инверторыИзвестно, что электрическая энергия вырабатывается в виде энергиипеременного напряжения постоянной частоты со стандартныминоминалами или в виде энергии постоянного тока.
Тесные рамки частоты50 Гц и постоянного тока, а также отсутствие сильноточных управляемыхвентилей долгое время тормозило развитие (особенно в частипрактического применения) устройств преобразовательной техники.Появление мощных тиристоров, а затем полевых и IGBT транзистороврасширило эти рамки, в особенности в области применения статическихпреобразователейдляэлектроприводапеременноготока,наэлектротранспорте,вэлектротермии,вкачествеисточниковгарантированного питания, в устройствах стабилизации частоты припеременной скорости вращения первичных генераторов электроэнергии(например, на судах, самолетах) и во многих других случаях.Автономным инверторов называют статический преобразовательпостоянного напряжения в переменное с помощью электронныхключей, который работает на автономную нагрузку или сеть, вкоторой нет других источников переменного напряжения.В автономном инверторе форма, величина и частота выходногонапряжения определяется режимом его работы.Автономный инвертор может питаться как от источника постоянногонапряжения (аккумуляторная или солнечная батарея), так и отвыпрямителя, который в свою очередь питается от источникапеременного напряжения.По характеру электромагнитных процессов, протекающих в схемахавтономных инверторов, все многообразие существующих схем можноразделить на:1) автономные инверторы напряжения (АИН);2) автономные инверторы тока (АИТ);3) автономные резонансные инверторы (АРИ).При использовании АИН форма и величина напряжения на нагрузкепрактически не зависит от величины и характера нагрузки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
