В ряде важнейших областей техники нельзя обойтись без постоянного тока. Основными потребителями постоянного тока являются электролизные установки для получения алюминия, меди, цинка и других технически чистых металлов
 Скачать 5.29 Mb.
|
 . Это приводит к возрастанию потерь активной мощности. Таким образом, актуальна задача сокращения количества  при одновременном сохранении оптимальной длительности протекания токов по вентильным обмоткам трансформатора, как в эквивалентных многофазных схемах выпрямления.2. Основные расчетные соотношения для анализа и сравнения выпрямителей и обоснование выбора 12-пульсной схемы выпрямления .1 Теоретическая база для определения основных характеристик, расчета и сравнения многопульсных выпрямителей Основные соотношения для анализа выпрямленного напряжения Выпрямленное напряжение относится пульсирующему типу напряжений и может быть представлено в виде суммы постоянной составляющей и несинусоидальной переменной составляющей, разлагаемой в гармонический ряд. При анализе выпрямленного напряжения, параметры которого напрямую связаны с выбранным схемным решением, при известной пульсности, при холостом ходе выпрямителя, в первую очередь определяются [4, 6]: . Мгновенное значение выпрямленного напряжения без учета падения напряжения на вентилях  (2.1)где КСХ - коэффициент схемы, численное значение которого зависит от схемы выпрямления;  - фазное напряжение вентильной обмотки трансформатора (далее обмотка с числом витков, принятых за условную единицу - "1,0"); - текущий угол; - угол сдвига амплитуды кривой ud0 относительно амплитуды кривой , равный нулю в случае, когда ось ординат проходит через амплитуду кривой выпрямленного напряжения.. Среднее значение выпрямленного напряжения  - пульсного выпрямителя (постоянная составляющая) (2.2)где D - коэффициент выпрямления, который при > 1 (2.3)В режиме нагрузки среднее значение выпрямленного напряжения снижается в результате различных потерь, в том числе потерь, обусловленных коммутационными процессами, когда переключение вентильных обмоток происходит не мгновенно, а с задержкой, во время действия которой образуется контур со встречными ЭДС вентильных обмоток. В этом случае среднее значение выпрямленного напряжения  (2.4)где kd - коэффициент коммутации для постоянной составляющей выпрямленного напряжения,  (2.5)где  - угол коммутации вентильных токов.В работе [6] отмечено, что в сложных схемах выпрямления коммутация вентильных токов осуществляется внутри отдельных секций (звеньев преобразования) независимо друг от друга. Угол коммутации зависит от схемы выпрямления, и для любой mq - пульсной схемы выпрямления значение угла коммутации определяется по выражению [5]:  (2.6)где  - расчетное напряжение короткого замыкания, приведенное к параметрам вентильной обмотки; - коэффициент загрузки, равный отношению тока нагрузки Id к номинальному выпрямленному току  .Относительную величину переменной составляющей кривой выпрямленного напряжения характеризует коэффициент формы напряжения по действующему значению (волнистость кривой), определяемый по формуле [4]:  (2.7)где  - эффективное значение переменной составляющей выпрямленного напряжения; - эффективное значение выпрямленного напряжения.Эффективное значение выпрямленного напряжения при холостом ходе выпрямителя  (2.8) где  - коэффициент эффективности выпрямления, который при  > 1 (2.9)В режиме нагрузки волнистость кривой выпрямленного напряжения определяется как отношение эффективного значения переменной составляющей выпрямленного напряжения, полученной с учетом индуктивного сопротивления вентильных обмоток трансформатора, к среднему значению выпрямленного напряжения на холостом ходу выпрямителя  (2.10)где  - эффективное значение выпрямленного напряжения с учетом индуктивного сопротивления вентильных обмоток трансформатора, определяемое по формуле: (2.11) где  - коэффициент коммутации для эффективного значения выпрямленного напряжения. (2.12)Таким образом, волнистость кривой выпрямленного напряжения в режиме нагрузки зависит не только от угла коммутации , но и от пульсности выпрямителя. С увеличением нагрузки волнистость возрастает, а при увеличении  снижается.Гармонический анализ выпрямленного напряжения Кривая выпрямленного напряжения в режиме холостого хода выпрямителя за каждый период сетевого напряжения представляет собой  смыкающихся между собой и симметричных относительно вертикалей, проходящих через точки максимумов верхних частей косинусоидальных пульсностей (при  =2 - полная половина косинусоиды), показанных, например, на рисунке 2.1. Рисунок демонстрирует влияние числа пульсаций на форму выпрямленного напряжения. Приняв одну из вертикалей за ось ординат, получим симметричную относительно этой оси периодическую функцию. Разложение таких функций в ряды Фурье рассмотрено во многих изданиях. Опустив перечисление известных математических выводов, можно отметить, что в [8, 9] получены простые выражения, по которым определяются постоянная составляющая кривой выпрямленного напряжения и действующее значение ЭДС гармоники n-го порядка (2.13)В режиме нагрузки действующее значение ЭДС гармоники n-го порядка определяется из выражения  (2.14)где  - коэффициент коммутации для n-й гармоники выпрямленного напряжения, (2.15) Рисунок 2.1 - Влияние пульсности выпрямителя на форму выпрямленного напряжения Связи токов на входе и выходе ТПЧФ выпрямителя и гармонический анализ сетевых токов С учетом пренебрежения токами холостого хода, что вполне приемлемо при мощном трансформаторном оборудовании, составляются уравнения магнитодвижущих сил (МДС) трансформаторов. Из решения полученных уравнений, при условии равенства нулю суммы сетевых токов и с учетом схемотехнических соотношений между числами витков первичных и вентильных обмоток, устанавливаются соотношения, связывающие токи первичной трехфазной и вторичной многофазной цепей. На интервале проводимости соответствующих вентилей, при  , каждый из токов вторичных цепей равным постоянной составляющей тока нагрузки  .С помощью любой подходящей компьютерной программы выполняется гармонический анализ токов первичной трёхфазной сети. Для этого период 2p разбивается на приемлемое число интервалов, достаточное для заданной точности описания кривых сетевых токов. Токи вторичных обмоток трансформаторов, приравненные к току нагрузки, представляются в виде прямоугольных форм с величиной равной 1,0. В соответствии с алгоритмом работы вентильных обмоток ФС ЭДС, эти токи трансформируются в ступенчатые формы токов для каждой сетевой фазы, которые затем разлагаются в ряд Фурье. Ступенчатость сетевых токов выпрямителя говорит о потреблении из сети несинусоидального тока. В результате разложения в ряд Фурье для ступенчатой формы токов каждой фазы находятся множества синусоидальных функций (гармоник), представляющих эту форму. Приближенные к реальным, ступенчатые фазные токи заменяются суммой синусоидальных гармоник со своими фазами в соответствии с выражениями:  (2.16)где  - соответственно постоянная составляющая, амплитуда и фаза k-й гармоники;- общее число гармоник.Порядок высших гармоник токов питающей трехфазной сети для многопульсных выпрямителей можно определить в соответствии с двумя простыми принципами [10]. 1. Для mq-пульсного выпрямителя на входе присутствуют гармоники с порядковыми номерами  (2.17)где n - ряд целых чисел 1, 2, 3… . Уровень К-й гармоники обратно пропорционален ее порядковому номеру  . (2.18)В таблице 2.1 приведены уровни гармоник mq-пульсных выпрямителей. Коэффициент пульсации в этом случае определяется  (2.19)В схемах выпрямления с пульсациями действующее значение сетевого тока при симметричных питающих напряжениях без учета угла коммутации определяется по формуле [5]: (2.20)где  - коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора; - коэффициент, характеризующий схему выпрямления (для последовательного выпрямления =1).Таблица 2.1 - Гармонический состав токов питающей трехфазной сети для многопульсных выпрямителей
|
