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.
|
|
Степень искажения формы кривой потребляемого тока можно характеризовать коэффициентом искажения  (2.21)где  - действующее значение первой гармоники сетевого тока.Коэффициент искажения формы кривой тока без учета коммутации может быть получен по формуле:  (2.22)С учетом угла коммутации вентильных токов этот коэффициент определяется по формуле:  (2.23)К характеристикам качества кривой сетевого тока также относится волнистость гармоник сетевого тока (коэффициент К-й гармонической составляющей)  (2.24)где  - ток гармоники К-го порядка сетевой обмотки трансформатора выпрямителя.Соотношения для построения внешних характеристик выпрямителей Изменение величины постоянной составляющей выпрямленного напряжения при нагруженном выпрямителе, с учетом всех потерь напряжения: падения напряжения в питающей сети; падения напряжения в трансформаторе; падения напряжения в вентилях выпрямителя, в зависимости от коэффициента загрузки принято считать внешней характеристикой выпрямителя. При пренебрежении потерями напряжения в питающей сети, на активном сопротивлении трансформаторов и в вентилях выпрямителя уравнение внешней характеристики может быть представлено:  (2.25)где  - среднее значение потерь напряжения в индуктивном сопротивлении трансформаторов, которое обусловлено процессами коммутации вентильных токов.В соответствии с [5] уравнение внешней характеристики для  - пульсного выпрямителя имеет вид: (2.26)Коэффициентом наклона внешней характеристики определяется выражением  (2.27)Соотношения, характеризующие энергетические показатели качества электромагнитных процессов Кроме рассмотренного выше коэффициента искажения тока  , к энергетическим показателям качества электромагнитных процессов относится коэффициент гармоник тока (коэффициент несинусоидальности КН.С.), определяемый отношением действующего значения высших гармоник тока к действующему значению тока: (2.28)Несложные преобразования показывают очевидность связи двух указанных коэффициентов  (2.29)Характеризует качество преобразования также фактор сдвига фазы тока относительно фазы напряжения по первой гармонике, так называемый коэффициент сдвига тока  (2.30)где Р(1) и Q(1) - активная и реактивная мощности в цепи, создаваемые первыми гармониками тока и напряжения. Коэффициент мощности выпрямительного устройства, определенный отношением активной мощности (обусловленной первыми гармониками тока и напряжения) к полной мощности (потребляемой из питающей сети), в цепи с синусоидальным напряжением равен  (2.31)Этим коэффициентом оценивается потребление реактивной мощности, обусловленной токами намагничивания трансформатора и процессами коммутации вентилей. Исходя из рекомендаций [5] допускают, что коэффициент искажения формы кривой сетевого тока не зависит от нагрузки. При расчете коэффициента мощности считается корректным при определении коэффициента искажения, учитывать коммутацию вентильных токов (2.23). Тогда, без учета влияния тока холостого хода трансформатора и с учетом выражения (2.31), коэффициент мощности равен:  (2.32)Не во всех случаях можно пренебрегать током холостого хода, особенно при малых нагрузках. При учете тока холостого хода угол сдвига  возрастает и коэффициент сдвига в соответствии с [5] можно рассчитать по следующей формуле: (2.33)где  - коэффициент холостого хода, равный отношению тока холостого хода трансформатора  к  ; - угол сдвига между основной гармоникой напряжения и током холостого хода.Коэффициент полезного действия также характеризует качество преобразования и определяется по формуле:  (2.34)Энергетический коэффициент полезного действия определяется по формуле:  .(2.35)Коэффициент пульсаций для цепей постоянного тока. Для эксплуатационной практики существенное значение имеет коэффициент пульсации, так как от его величины зависят массогабаритные и стоимостные показатели сглаживающих фильтров. Таблица 2.2 - Величина коэффициентов пульсации выпрямленного напряжения, характеризующих многопульсные схемы выпрямления
Для оценки пульсаций выпрямленных напряжений обычно используют одно из трех определений коэффициента пульсаций, которые отражены в виде формул в таблице 2.2, где: КП - коэффициент пульсации;m - амплитуда первой гармоники выпрямленного напряжения;max, ud min -максимальное и минимальное мгновенные значения выпрямленного напряжения;- действующее значение n - й гармонической составляющей;- постоянная составляющая выпрямленного напряжения. Установленная мощность преобразовательного трансформатора Известно, что критерием рационального использования материалов при изготовлении устройств силовой преобразовательной техники служат показатели установленных мощностей. Эти показатели позволяют оценивать технико-экономическую эффективность работы преобразовательных устройств. При нелинейных нагрузках на выходе ТПЧФ (выпрямители с нагрузкой) при расчете коэффициента установленной мощности  должны учитываться высшие гармоники тока в цепях преобразователя. В общем случае в расчет установленных мощностей ТПЧФ входит гармонический анализ токов во всех обмотках. В цепи постоянного тока мощных многопульсных выпрямительных агрегатов (ВА), как правило, имеются значительные по величине индуктивности, благодаря которым на практике вводятся общепринятые допущения, касающиеся принятия прямоугольной формы токов в вентильных обмотках [11]. Если многопульсный ВА не содержит вентильных блоков, работающих параллельно через уравнительные реакторы, то расчет обычно проводят по следующему алгоритму [11, 12]:. Мощность, отдаваемая выпрямителем в нагрузку, равна  ,(2.36)где  и  - соответственно, напряжение и ток нагрузки.. Связь между током  и действующим значением тока i-ой вентильной обмотки   ,(2.37)где Т - период;РАБ i - суммарное время прохождения тока через обмотку;- порядковый номер вторичной обмотки ТПЧФ. 3. Установленная мощность всех вторичных обмоток определяется  , о.е.,(2.38)где  - действующие значения напряжений вторичных обмоток;К2 - общее количество вторичных обмоток. 4. Для расчета  следует определить токи в первичных обмотках ТПЧФ. Между токами  и существует связь, которую для синусоидальных токов можно вывести аналитически, путем решения системы уравнений магнитодвижущих сил (МДС) первичных  и вторичных  обмоток, связанных общим магнитным потоком. Пренебрегая токами холостого хода ТПЧФ, построенного на трансформаторах большой мощности, можно записать .(2.39)Поэтому, применяя формулы разложения периодической функции в ряд Фурье, ток  представляют набором отдельных гармоник  ,  …  , где k - номер гармоники. Это позволяет определить первичные токи ТПЧФ для каждой гармоники в отдельности ,(2.40)где  и  - k-е гармоники токов в i-ых фазах первичных и вторичных обмоток.Действующее значение токов первичных обмоток составит  .(2.41)5. Установленная мощность всех первичных обмоток определится  , о.е.,(2.42)где К1 - количество первичных обмоток;  - фазные напряжения первичных обмоток.6. Далее находится показатель  ,(2.43)который характеризует эффективность работы ТПЧФ в составе многопульсного ВА. Величина, обратная этому показателю, КИСП определяет степень использования трансформаторного оборудования. В таблице 2.3 приведены основные технические характеристики многопульсных выпрямителей принимаемые во внимание при выборе той или иной схемы выпрямления, рассчитанные по приведенным в разделе формулам. Характеристики определены при холостом ходе выпрямителя, при индуктивности реактора сглаживающего фильтра равной бесконечности и при допущении мгновенной коммутации тока нагрузки вентилями, что вполне допустимо для сравнительного анализа схем. Таблица 2.3 - Технические характеристики выпрямителей
На рисунке 2.2 приведены графические зависимости коэффициентов мощности многопульсных выпрямителей с различной частотой пульсаций от коэффициента загрузки выпрямителя, рассчитанные на основании [5, 13, 14]. За основу при расчете коэффициентов мощности приняты часто берущиеся в расчетах характеристические данные трансформаторного оборудования: напряжение короткого замыкания  ; коэффициент холостого хода  ; угол сдвига  . Видно, что наибольшее значение коэффициента мощности многопульсного выпрямителя достигается при нагрузке меньше номинальной, причем с увеличением пульсности выпрямителя максимумы коэффициентов мощности смещаются в сторону больших значений коэффициента нагрузки. В связи с этим необходимо привязать технико-экономическое обоснование преимуществ выпрямителей, имеющих повышенную пульсность выпрямленного напряжения, к реальным графикам распределения нагрузки. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Коэффициент пульсации 
Коэффициент пульсации 