Выпрямители

Из диаграмм на рис. 6.16 видно, что при работе СКП в первом квадранте мгновенные значения тока и ЭДС в фазах вторичной обмотки совпадают по направлению большую часть полупериода. В цепи же постоянного тока ЭДС и ток направлены встречно. Следовательно, в рассматриваемом режиме, на­зываемом выпрямительным, энергия передается из сети переменного тока в цепь постоянного.

Наличие компенсирующего устройства приводит к сдвигу в сторону опере­жения тока сети по отношению к напряжению. Поэтому одновременно с ука­занным направлением потока энергии СКВ (В — выпрямитель), в отличие от СНВ, способен осуществлять компенсацию реактивной мощности в сети пе­ременного тока. Степень компенсации зависит от величины напряжения на конденсаторной батарее и возрастает при увеличении тока I_d и относительной величины собственной частоты контура коммутации v = -{xJ2x_K, (x_c - емко­стное сопротивление конденсаторной батареи).

Приведем соотношения, определяющие основные характеристики СЭС, представленной на рис. 6.17 в упрощенном однолинейном изображении:

1. Связь между углами а, у и а_т описывается соотношением

У у

sinCa,+ -*-) +£, cos ^x

tg(a+*) =-------------------- 2---------- 2-------- ------------------------------- (6.15)

Y Y У

008(0^+-) + v ²k_l(i\t--^L-a_r)sin-^L

где коэффициенты

I

6.3. Устройства с однократным преобразованием частоты 239

скп Тр В

-J_^Y-^_0

Питающая сеть ^)----------- г>ГУ\ -------- f А Л --------- ^L т. 2 т. 3

Нагрузка
Я, х„ ^е«

Т. 1

Рис. 6.17. Принципиальная схема СЭС с симметричным компенсированным преобразователем

1 Y Y

г, л — ctgv—-ctg —

(6.16)

к. =■

l-v

tg---tgv- Л:,=

^{z z}/ * — ctgv— + — — vi/

v ⁶ 2 2 ^Y

2. Уравнения внешних характеристик, определяющие выпрямленные на­пряжение и ток в точке 1 (рис. 6.13), имеют вид

£/,' = £„ cos (a+ |) cos |; l'_d =*₁sin(a + y)sin^,

(6.17)

где к_и = 1 +

v^V~7,

3. Величина vj/ (схемный параметр) равна длительности нарастания комму­тирующего напряжения конденсаторной батареи компенсирующего устройст­ва от нулевого значения до максимума при мгновенной коммутации вентилей. Для рассматриваемого СКП, как следует из рис. 6.16, она равна я/2.

1. Энергетические характеристики приведем в трех точках.

В т. 1 основной величиной, определяющей энергетический процесс, явля­ется активная мощность

.. 1

^Pd=^Vi^Ii=-^ ^ки ^к, ^sin(^2a + У) ^sinY;

(6.18)

В т. 2, если пренебречь потерями энергии в сети и преобразователе, актив­ная и реактивная мощности, а также коэффициент реактивной мощности бу­дут равны:

Р'= Р'-

(6.19)

U.

v²-l 4v²

[у - sin у cos (2a + y)]+ — f-

Y

Л

-tgv------ tg-

v 2 2y

^-[l + (v²-l)^]fictgvy-ctg|j|;

(6.20)

ie<p_e=o;/p;

(6.21)

Глава 6. Энергосберегающая энергетическая электроника

В т.З (точке подключения преобразователя) те же величины по первой гар­монике составят:

Р* — р*.

' П(1> ' d '

т

■к

>2(*>, Л²<*>\.

йо, - е.* -2^_Л._ФА,А₂ ^sin^(/»^'+ ег■');

tg<Pn_(l> = 0п₍₁₎/^ гни-

(6.22) (6.23) (6.24)

где q = x_s/(n²x_K) - доля индуктивного сопротивления питающей сети в сопро­тивлении контура коммутации.

Кроме того, т. 1 характеризуется наличием высших гармоник в напряже­нии u_d, т. 2 — несинусоидальностью сетевого тока, а т. 3 - несинусоидально­стью тока и напряжения (см. рис. 6.17).

На рис. 6.18—6.19 приведены характеристики системы электроснабжения с СНВ, для которого v = 0, к_ж = 0, £, = к_и = 1. На рис. 6.18, а и б показаны воз­можности преобразователя в зависимости от тока нагрузки. Внешние харак­теристики СНВ на рис. 6.18, а свидетельствуют о том, что преобразователь способен выполнить любые требования потребителя по быстродействию, глу­бине и плавности регулирования электрического режима. Однако спектр на­пряжения на нагрузке сильно обогащен всеми четными высшими гармоника­ми, начиная со второй (см. рис. 6.18, б).

Рис. 6.18, в и 6.19 свидетельствуют о совместимости СНВ с питающей се-

^udm(k)
0,8-
0,6
0,4
0,2-		1 I	1 >

6 б

Рис. 6.18. Внешние характеристики (а) и спектры напряжений, и^. = 0,787, (б) и сете­вого тока, \_а. = 0,074, (в) СНВ {к = номер гар­моники, а = 30 эл. град.)

6.3. Устройства с однократным преобразованием частоты

К_ни, %

tgq>,

П(1) 0,8-0,6- 0,4-1 0,2 О

О 0,015 0,03 0,045 0,06 I'd

а

а = 40
"~2_?П —
	а = 0	9 = 0,2

I'd в

О 0,015 0,03 0,045 0,06

О 0,015 0,03 0,045 0,06 I'd

б

Рис. 6.19. Зависимости коэффициентов несинусоидальности сетевого тока /' (а) и се­тевого напряжения и (б), а также коэффици­ента реактивной мощности СНВ от тока на­грузки I* (в)

тью. Спектр сетевого тока (см. рис. 6.18, в) насыщен нечетными высшими гармониками, что приводит к недопустимым для мощных систем элект­роснабжения коэффициентам несинусоидальности тока и напряжения (рис. 6.19, а и б). Причем коэффициент несинусоидальности напряжения по­вышается с возрастанием величины q, или, что то же самое, с увеличением отношения мощности преобразователя к мощности питающей сети. Одновре­менно СНВ является значительным потребителем реактивной мощности, что особенно проявляется при использовании фазового управления преобразова­телем (см. рис. 6.19, в).

Применение СКВ можно считать одним из наиболее эффективных спосо­бов компенсации реактивной мощности. СКВ способны при выполнении своей основной функции обеспечить снижение потребления и даже генериро­вание реактивной мощности в питающую сеть (рис. 6.20, б). Процесс компен­сации реактивной мощности в этом случае осуществляется оптимально, по­скольку осуществляется непосредственно в месте ее потребления. Кроме того, включением компенсирующего устройства в преобразователь можно воздей­ствовать на его внешние характеристики, делая их более или менее жесткими, по сравнению с СНВ (рис. 6.20, а). Жесткие характеристики целесообразны, если требуется поддержание на определенном уровне выпрямленного напря­жения (электрический транспорт), а мягкие — при поддержании выпрямлен­ного тока в установках (сварка, электролиз).

Наиболее эффективным способом снижения гармонического воздействия преобразователей как на питающую сеть, так и на нагрузку можно считать по-

242 Глава 6. Энергосберегающая энергетическая электроника

-			v = 0
		\
			---- /^2
s\	\^4	\.^3

О 0,015 0,03 0,045 0,06 Id 0 0,015 0,03 0,045 0,06 Id

а б

Рис. 6.20. Внешние характеристики, сс_г = 0, (а) и зависимости коэффициента реактивной мощ­ности СКВ от тока нагрузки I* (б)

вышение фазности преобразования. На рис. 6.21 представлены принципиаль­ные схемы имеющих наибольшее практическое значение шестифазных (1—6) вариантов СКП. В качестве вентилей в этих и последующих схемах могут быть использованы диоды, тиристоры или, как в схеме на рис. 6.14, встречно вклю­ченные тиристоры.

Основная отличительная особенность электромагнитных процессов в шес­тифазных связана с тем, что они имеют не одну, как в двухфазном СКП, а две коммутирующие группы вентилей (четную и нечетную), состоящие теперь из трех вентилей. В схемах на рис. 6.21, а и б эти группы по отношению к на­грузке соединены параллельно и работают независимо, что в схеме а обеспе­чивается выравниванием потенциалов анодов одновременно работающих вен­тилей четной и нечетной групп с помощью уравнительного реактора УР.

А 1

В 1

;

4

I

D

Дата добавления: 2015-07-17