где Кн- коэффициент искажения формы кривой потребляемого из сети переменного тока (коэффициент не синусоидальности);
- коэффициент сдвига первой гармоники тока.
При индуктивности Ld нагрузки, стремящейся к бесконечности коэффициент несинусоидальности:
для однофазного мостового и двухфазного однотактного выпрямителей для трёхфазного мостового для трёхфазной нулевой
Угол j сдвига первой гармоники при Ld®¥ равен j = a + g / 2
Средний ток вентиля в однофазной мостовой и двухфазной однотактной схемах равен в трёхфазной мостовой нулевой схемах
Выбор вентиля по току должен быть произведён по следующей методике. В нормальном режиме работы выпрямителя максимальное обратное напряжение Uобр на вентиле без учета коммутационных перенапряжений составит: для однофазного мостового выпрямителя; для двухфазного однотактного выпрямителя; для трёхфазных выпрямителей.
Выбор вентиля для рассчитываемого выпрямителя необходимо производить по допустимому повторяющемуся напряжению с учётом коммутационных перенапряжений и возможных колебаний напряжения питающей сети. Полагая, что коммутационные перенапряжения составят не более 20-30% от амплитудного линейного напряжения схемной обмотки преобразовательного трансформатора, а колебания напряжения питающей сети не превысят +10%, выбор вентилей по напряжению следует производить по величине повторяющегося напряжения (1,3¸1,4) U2лm.
По допустимому прямому среднему току выбор вентилей следует производить с учетом требуемого запаса, то есть рассчитанное значение не должно превышать 0,7¸0,8 допустимого .
При выполнении задачи 2 выбор встречно-параллельной или перекрёстной схемы реверсивного преобразователя определяется числом комплектов вторичных обмоток преобразовательного трансформатора, поскольку схема соединения обмоток трансформатора задана.
Для одного комплекта вторичных обмоток реверсивный преобразователь может быть выполнен только по встречно-параллельной схеме. Для двух комплектов вторичных обмоток преобразовательного трансформатора реверсивный преобразователь выполняют по перекрёстной схеме.
При совместном согласованном управлении реверсивными вентильными группами преобразователя должна быть предусмотрена установка разделительных дросселей (уравнительных реакторов).
При раздельном управлении реверсными вентильными группами реверсного преобразователя установка уравнительных реакторов не требуется.
Расчеты при выполнении задания 2 выполняются с использованием формул, приведенных выше для задачи 1. Действующее фазное напряжение U2 схемной обмотки трансформатора следует определять из выражения (1), принимая и .
Угол коммутации, в зависимости от схемы преобразователя, вычисляют по выражениям (3) - (5).
Коэффициент Кп (q) пульсации выпрямленного напряжения для q - й гармоники можно вычислить по выражению:
(6)
гдеР - пульсность схемы преобразователя (число пульсаций выпрямленного напряжения за период сети).
Входная характеристика ведомого инвертора должна быть построена (и предпочтительно строить) в относительных единицах.
Ограничительную характеристику ведомого инвертора следует строить, используя следующее аналитическое выражение:
или, в относительных единицах,
где w - круговая частота сети переменного тока. w =2p f (1/сек);
tв - паспортное время выключения выбранного типа тиристора.
Ограничительную характеристику ведомого инвертора следует строить на семействе внешних характеристик реверсивного преобразователя в области его работы в инверторном режиме.
выбор сглаживающего фильтра выпрямителя необходимо производить, учитывая мощность выпрямителя, а также характер и сопротивление нагрузки.
В мощных выпрямителях, когда PdH = UdHIdH порядка нескольких киловатт и больше, необходимо использовать индуктивный фильтр. Индуктивность фильтра определяется по выражению [1].
(7)
где Rd -активное сопротивление нагрузки выпрямителя (в мощных выпрямителях величина Rd составляет доли ома);
Kп (1) - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на выходе фильтра по первой гармонике.
В выпрямителях малой мощности (на токи до 1 ÷ 1,5 ампер) следует использовать простейшие ёмкостные фильтры.
Для двухполупериодных выпрямителей величина ёмкости сглаживающего конденсатора может быть вычислена по выражению
(8)
В выпрямителях при токах нагрузки более 1А целесообразно применять
Г - образный индуктивно-ёмкостной LC - фильтр.
Величина индуктивности - фильтра определяют из условия обеспечения непрерывности тока в ней [1]. Тогда
(9)
где или а= (р ω) ¤ Кп (1) вх,
Величина ёмкости - фильтра находится после выбора дросселя из зависимости [2]
(10)
где Кф - коэффициент фильтрации фильтра.
В тех случаях, когда сопротивление нагрузки выпрямителя составляет несколько тысяч Ом, следует использовать Г - образный активно-ёмкостной фильтр (RC) [1].
Величину активного сопротивления r фильтра обычно берут равной , а величину С - фильтра находят из выражения
. (11)
Если нагрузка носит импульсный характер, емкость выходного конденсатора выбирать такой, чтобы обеспечить требуемые параметры тока нагрузки. Если задано допустимое искажение импульса тока, выраженное в допустимом уменьшении тока нагрузки за время действия импульса
, то . (12)
При использовании в качестве единиц измерения в формулах времени в секундах, тока - в амперах, напряжения - в вольтах, емкость конденсатора будет вычислена в фарадах.
Выбор унифицированных элементов схем (вентилей, конденсаторов, дросселей) необходимо производить по профессиональной справочной литературе.
Вопросы самопроверки по курсу “Энергетическая электроника"
1. Роль и назначение вентильных преобразователей электроэнергии.
2. Выпрямление и инвертирование электроэнергии. Назначение и области применения выпрямителей и инверторов.
3. Коммутация вентилей естественная и принудительная. Примеры
4. Характеристики неуправляемых вентилей.
5. Характеристики управляемых вентилей.
6. Выравнивание токов вентилей и напряжения на вентилях.
7. Перенапряжения на вентилях. Причины возникновения и способы защиты от них.
8. Инверторы, ведомые сетью и автономные инверторы. Отличительные признаки. Области применения.
9. Принудительная коммутация тиристоров. Основные принципы и схемы.
10. Однополупериодная схема выпрямителя, работающая на активную и активно - индуктивную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
11. Двухполупериодная схема управляемого выпрямителя с нулевой точкой (двухфазная нулевая), работающая на активную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
12. Двухполупериодная схема управляемого выпрямителя с нулевой точкой (двухфазная нулевая), работающая на активно - индуктивную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
13. Двухполупериодная схема выпрямителя с нулевой точкой (двухфазная нулевая), работающая на емкостную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
14. Двухполупериодная схема управляемого выпрямителя с нулевой точкой (двухфазная нулевая), работающая на двигатель постоянного тока. Работа, характеристики и расчет.
15. Мостовая однофазная схема управляемого выпрямителя, работающая на активную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
16. Мостовая однофазная схема управляемого выпрямителя, работающая на активно - индуктивную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
17. Мостовая однофазная схема выпрямителя, работающая на емкостную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
18. Мостовая однофазная схема управляемого выпрямителя, работающая на двигатель постоянного тока. Работа, характеристики и расчет.
19 Несимметричные схемы умножения напряжения. Работа, характеристики и расчет.
20 Симметричные схемы умножения напряжения. Работа, характеристики и расчет.
21. Трехфазная схема управляемого выпрямителя с нулевой точкой, работающая на активную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
22. Трехфазная схема управляемого выпрямителя с нулевой точкой, работающая на активно - индуктивную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
23. Шестифазная схема управляемого выпрямителя с уравнительным реактором, работающая на активно - индуктивную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
24. Трехфазная мостовая схема управляемого выпрямителя, работающая на активную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
25. Трехфазная мостовая схема управляемого выпрямителя, работающая на активно - индуктивную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
26. Трехфазная мостовая схема управляемого выпрямителя, работающая на двигатель постоянного тока. Работа, характеристики и расчет.
27. Инверторы, ведомые сетью. Области применения. Работа, характеристики и расчет.
28. Коммутационные процессы в мощных преобразователях, вызванные индуктивностью трансформатора. Влияние на характеристики преобразователей.
29. Сложные схемы выпрямителей. Назначение, области применения и принципы построения.
30. Реверсивные выпрямители. Работа, характеристики и расчет.
31. Непосредственные преобразователи частоты. Работа и характеристики
32. Стабилизаторы напряжения и тока. Классификация и общие характеристики.
33. Параметрические стабилизаторы напряжения и тока. Общие характеристики и методы расчета.
34. Стабилизаторы компенсационные. Принципы построения и основные структурные схемы. Общие характеристики
35. Компенсационные стабилизаторы последовательного типа. Регулирующие элементы СН. Работа, характеристики и расчет.
36. Компенсационные стабилизаторы параллельного типа. Схемы сравнения и усиления СН. Работа, характеристики и расчет.
37. Компенсационные стабилизаторы последовательного типа в интегральном исполнении. Достоинства и недостатки, пути повышения нагрузочной способности СН.
38. Импульсные стабилизаторы. Основные характеристики.
39. Стабилизаторы тока. Работа, характеристики и расчет.
40. Сглаживающие фильтры. Работа, основные характеристики и схемы, расчет.
41. Порядок расчета маломощного выпрямителя с емкостной реакцией фильтра.
42. Порядок расчета маломощного выпрямителя с индуктивной реакцией фильтра.
43. Активные сглаживающие фильтры. Работа, характеристики и расчет.
