Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
У випрямлячах комутація струму з вентиля на вентиль осуществля-ється природно за рахунок спаду хвилі фазної напруги. Практичес-ки такий процес здійснюється протягом кінцевого інтервалу ча-мени, що виражається в кутових одиницях через # 947 ;.
кут # 947; прийнято називати кутом комутації.
Причиною звичайно-го значення кута # 947;> 0 є наявність в фазних ланцюгах на вході випрямляча індуктивних опорів хф. обумовлених індуктивностями розсіювання обмоток трансформатора, індуктивностями кабелів лінії передачі, індуктивностями генераторів змінного струму, що створюють мережу живлення.
У загальному вигляді для будь-якої схеми випрямлення кут комутації можна визначити за формулою (1.3):
Аналізуючи вираз (1.3), можна встановити, що кут комутації # 947; зростає при збільшенні індуктивного опору розсіювання обмоток трансформатора Xф і струму навантаження Id. а збільшення напруги змінного струму U2 призводить до зменшення кута комутації # 947 ;.
Рис.1.2 - Контур комутації (а) і часові діаграми (б), що пояснюють комутаційний процес
Кут комутації впливає на величину вихідної напруги випрямляча. Падіння випрямленої напруги від явища комутації прийнято називати індуктивним падінням напруги і позначати як # 916; Udх
kт - коефіцієнт тактності перетворювача.
Коефіцієнт потужності випрямляча визначається відношенням активної потужності, споживаної випрямлячем з мережі живлення за першою (основною) гармоніки P1 (1) до повної потужності S1. споживаної
випрямлячем з мережі живлення [2]:
P1 (1) = m1U1I1 (1) cos # 966; (1) - активна потужність, споживана випрямлячем з мережі живлення за першою (основною) гармоніки;
S1 = m1U1I1 - повна потужність, споживана випрямлячем з мережі живлення;
m1 - число фаз мережі, яка живить випрямляч;
U1 - діюче значення напруга фази мережі, яка живить випрямляч;
I1 - діюче значення струму фази мережі, яка живить випрямляч;
I1 (1) - діюче значення першої гармоніки струму фази мережі, яка живить випрямляч;
# 966; (1) - фазовий зсув першої гармоніки струму фази по відношенню до першої гармоніки напруги фази мережі, яка живить випрямляч.
I1 (1) / I1 = kіск. - коефіцієнт спотворення форми струму мережі живлення;
cos # 966; (1) = kсдв. - коефіцієнт зсуву першої гармоніки струму мережі живлення по відношенню до напруги.
Як показано на рис.1.2, криві струмів, споживаних випрямлячами, відмінні від синусоїдальної форми і, крім першої (основної) гармоніки, містять в своєму складі і вищі гармонійні, порядок k яких визначається співвідношенням:
де n = 1,2, 3, 4, ... - натуральний ряд чисел.
За формулою (1.7) неважко визначити, що в кривій первинного струму трифазної мостової схеми випрямлення (kТm2 = 6) містяться гармоніки порядків 5,7,11,13, і вище, в кривій трифазної однотактной схеми випрямлення (kТm2 = 3) містяться вищі гармоніки порядків 2,4,5,7, і вище, а в кривої однофазного мостового випрямляча містяться гармоніки порядку 3,5,7, і вище.
Амплітуда вищої гармоніки при прямокутній формі кривої струму вторинної обмотки трансформатора обернено пропорційні номеру гармоніки, тобто .:
Слід зазначити, що гармоніки вищих порядків мають меншу амплітуду і легше фільтруються внаслідок більш високої частоти. Тому багатофазні схеми роблять менший негативний вплив на роботу силової мережі змінного струму.
Без урахування комутаційних процесів коефіцієнт спотворення форми струму мережі живлення трифазного мостового випрямляча
Для трифазного мостової схеми випрямлення коефіцієнт спотворення форми струму первинної мережі при Ld = ∞
З урахуванням комутаційних процесів коефіцієнт спотворення кілька збільшується, що призводить до підвищення коефіцієнта потужності випрямляча в цілому.
Так, для трифазної мостової схеми випрямлення коефіцієнт спотворення визначається за формулою (1.10)
Без урахування кута комутації коефіцієнт зсуву дорівнює косинусу кута регулювання, тобто .: kсдв. = Cos # 945; ..
Для випрямного режиму з урахуванням кута комутації кут # 966; (1) = # 945; + # 947; / 2
і коефіцієнт зсуву керованого випрямляча слід визначати за формулою (1.11):
при # 947;<30° более точные результаты определения kсдв. дает формула (1.12)
Регулювальна характеристиці керованого випрямляча - це залежність випрямленої напруги від кута регулювання # 945 ;, тобто Ud = f (# 945;) [2]. При безперервному характері струму навантаження (навантаження активно-індуктивна, Ld = ∞) регулювальна характеристика випрямляча, виконаного за будь-якої схеми, являє собою косинусоид при будь-якому числі вторинних фаз.
При кінцевому значенні індуктивності ланцюга навантаження регулювальні характеристики відхиляються від косинусоид. Відхилення регулювальної характеристики від косинусоид через появу уривчастості струму ланцюга навантаження відбувається при тим менших кутах регулювання, чим менше число вторинних фаз (m2) і чим менше індуктивність згладжує дроселя (Ld). Кут регулювання, відповідний кордоні безперервного і переривчастого характеру струму навантаження, називається граничним кутом і позначається як # 945; гр .. а кут регулювання, при якому випрямлена напруга дорівнює нулю, називається кутом замикання і позначається як # 945; зап. .
При чисто активному характері навантаження (Ld = 0) для будь-якої схеми випрямлення можна виділити дві ділянки.
Перша ділянка регулювальної характеристики, 0<α<αгр. ток нагрузки непрерывен и регулировочная характеристика имеет косинусоидальный характер:
Друга ділянка регулювальної характеристики, # 945; гр <α<αзап.. ток нагрузки имеет прерывистый характер и регулировочная характеристика определяется формулой (1.14):
значення кутів # 945; гр і # 945; зап .. визначаються наступними співвідношеннями
Визначимо по (1.15) і (1.16) значення кутів # 945; гр і # 945; зап. для розглянутих вище схем випрямлення і зведемо ці значення в табл. 1.1.
Таблиця 1.1.Значенія кутів # 945; гр. і # 945; зап.
Регулювальні характеристики однофазного мостового (kтm2 = 2), трифазного однотактного (kтm2 = 3) і трифазного мостового (kтm2 = 6) для випадку чисто активного навантаження і активно-індуктивного навантаження (Ld ≠ 0) наведені на рис.1.3.
Рис.1.3 - Регулювальні характеристики керованих випрямлячів
Зовнішня характеристика випрямляча [2] - це залежність середнього значення напруги навантаження від струму навантаження, тобто Ud = f (Id) при постійному (заданому) значенні кута регулювання # 945 ;.
Вираз зовнішньої характеристики випрямляча має вигляд
У вираженні (1.17) враховані наступні падіння напруги при протіканні струму навантаження Id:
- # 8710; Uх - індуктивне падіння напруги, викликане явищем комутації;
- # 8710; URф - падіння напруги на активних опорах трансформатора і вентильного блоку випрямляча (активне падіння напруги):
Rф = Rтр + Rв.дін. - сума активних опорів обмотки трансформатора Rтр і динамічного опору вентиля Rв.дін. .
R2 - активний опір фази вторинної обмотки трансформатора;
R1 '- активний опір первинної обмотки, наведене до витків вторинної обмотки трансформатора.
# 8710; ULф - падіння напруги на активному опорі обмотки дроселя фільтра (RLФ);
# 8710; Uв - падіння напруги на відкритому тиристорі;
kТ - коефіцієнт тактності випрямляча.
Рис.1.4 - Зовнішні характеристики керованого випрямляча
Слід зазначити, що зовнішня характеристика випрямляча відповідає співвідношенню (1.17) тільки для режиму безперервного струму навантаження. При обмеженою величиною індуктивності ланцюга постійного струму, кутах регулювання # 945; гр. <α и малых токах нагрузки наступает режим прерывистых токов нагрузки, при которых внешняя характеристика резко поднимается вверх (смотри рис. 1.4). Увеличение выпрямленного напряжения в этом случае происходит за счет сокращения длительности работы тиристора в отрицательной области напряжения U2 вторичной обмотки трансформатора.
При холостому ході (Id = 0) напруга в режимі переривчастих струмів (# 945; гр. <α) может быть подсчитано по формуле (1.14).
Переривчастий характер струму має місце при токах навантаження Id:
fc - частота мережі, яка живить випрямляч;
Lф - індуктивність дроселя фільтра, що згладжує ланцюга навантаження випрямляча.
Прийняті на рис.1.4 позначення: - Ud # 945; / Ud0 - відносна величини напруги на виході випрямляча;
- Id / Id0 - відносна величина струму навантаження випрямляча.
Для трифазного мостового випрямляча, а також для всіх схем, пульсность яких p = kтm2 = 6
Коефіцієнт корисної дії випрямляча [2]:
Σ # 8710; Р - сумарна потужність втрат випрямляча;
# 8710; РТР - втрати в трансформаторі;
# 8710; Рc - втрати в сталі трансформатора;
# 8710; Рм - втрати в міді трансформатора;
# 8710; Рм - втрати у вентилях випрямляча;
Iв- діюче значення струму, що протікає через вентиль.
Питання для самоконтролю:
1. Дайте визначення поняттю «випрямляч».
2. Наведіть і поясніть блок - схему випрямляча.
3. Наведіть схему однофазного мостового випрямляча, поясніть, будь ласка принципом роботи цієї схеми випрямлення.
4. Наведіть схему трифазного однотактного випрямляча, поясніть, будь ласка принципом роботи цієї схеми випрямлення.
5. Наведіть схему трифазного мостового випрямляча, поясніть, будь ласка принципом роботи цієї схеми випрямлення.
6. Дайте пояснення процесу комутації у випрямлячі, вкажіть вплив цього процесу на величину вихідної напруги і коефіцієнт потужності випрямляча.
7. Перерахуйте всі складові втрат потужності у випрямлячі, вкажіть формули розрахунку цих втрат і ККД випрямляча.
8. Наведіть формули і графіки регулювальних характеристик керованих випрямлячів, поясніть в чому полягає відмінність у цих характеристиках.
9. Наведіть формули і графіки зовнішніх характеристик випрямлячів, поясніть, будь ласка їх виду.