Выпрямители. Цель лекции:рассмотреть вопросы: аварийные режимы работы выпрямителей; компенсированные и импульсные выпрямители

Лекция 17.

Цель лекции: рассмотреть вопросы: аварийные режимы работы выпрямителей; компенсированные и импульсные выпрямители.

АВАРИЙНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Внешнее короткое замыкание на шинах выпрямленного тока.

Рис. 6.35. Схема короткого замыкания на шинах неуправляемого трехфазного мосто­вого выпрямителя и графики изменения токов и напряжения

Рас­смотрим глухое короткое замыкание на шинах в момент, когда напря­жение фазы а переходит через нуль, и вступает в работу VD1 при работающих VD5 и VD6 (рис. 6.35). В этом режиме фазы а и b замкнуты через диоды VD1 и VD6, а фазы с и b — через диоды VD5 и VD6.

Мгновенные значения фазных ЭДС, приведенных ко вторичной стороне

(6,140)

(6,141)

(6,142)

(6,143)

(6,144)

При решении системы уравнений (6.144—6.146) с учетом выраже­ния (6.143) за базовое значение примем амплитуду установившегося тока трехфазного короткого замыкания

Ток диода VD5, выходящего из работы, станет равным нулю после того, как напряжение фазы с перейдет через нуль и израсходуется вся энергия, запасенная в индуктивных элементах данной фазы. На этом заканчивается интервал 1 (см. рис. 6.35, кривая I_k, на котором ток короткого замыкания равен току диода VD6 или сумме токов диодов VD1 и VD5: i_K = i₆ = i₁+i₅.

На интервале 2 включается диод VD2 и формирование тока i_к опре­деляется током i₁ или суммой i₆ и i₂. На следующих интервалах законо­мерность формирования тока i_к сохраняется и определяется на интер­вале 3 токами i₂ или i₁ + i₃, на интервале 4 — токами i₃ или i₂ + i₄, на ин­тервале 5 — токами i₄ или i₃ + i₅ и т. д.

Наибольшей, вероятно, окажется загрузка током диода VD1, так как момент начала аварии совпадает с моментом перехода через нуль напряжения фазы а.

Максимальные значения тока короткого замыкания в плече выпря­мителя (рис. 6.36) не превышают двойной амплитуды тока трехфазного короткого замыкания, т. е. ударный коэффициент к_у ≤ 2. По истечении интервала Зτ=ЗL_а/R_а установившийся ток короткого замыкания ста­новится синусоидальным, и диоды загружаются синусоидальными полуволнами тока. Ток диода VD5, выходящего из работы, станет равным нулю после того, как напряжение фазы с перейдет через нуль и израсходуется вся энергия, запасенная в индуктивных элементах данной фазы. На этом заканчивается интервал 1 на котором ток короткого замыкания равен току диода VD6 или сумме токов диодов VD1 и VD5: i_K = i₆ = i₁+ i₅.

КОМПЕНСИРОВАННЫЕ И ИМПУЛЬСНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Рассмотренные выше выпрямители имеют ко­эффициент мощности меньше единицы. Они обмениваются с источни­ком питания реактивной энергией подобно индуктивной нагрузке, загружая сети дополнительными токовыми составляющими, приводя одновременно с этим к заметным искажениям формы тока и напряже­ния. Эти факторы оказывают отрицательное воздействие на работу других потребителей данной системы питания, вызывают дополни тельные потери в обмотках генераторов и трансформаторов, в проводах линий электропередачи, приводят к дополнительному нагреву электрооборудования.

Улучшение показателей работы выпрямителей может быть достиг­нуто благодаря включению дополнительных устройств в схему выпрямительною агрегата, обеспечивающих снижение обмена реактивной энергией индуктивного характера с питающей сетью. Это может быть реализовано подключением к первичной или вторичной обмоткам преобразовательного трансформатора косинусных конденсаторов и LC-фильтров, которые обмениваются с сетью реактивной энергией емкостного характера. В результате происходит компенсация реак­тивной энергии в питающей сети. Такие выпрямители относятся к компенсированным.

Применение устройств принудительной коммутации в схемах вы­прямителей, например конденсаторной коммутации, или полностью управляемых СПП (запираемых тиристоров или силовых транзисто­ров) позволяет реализовать иной способ снижения уровня обмена реактивной энергией с источником питания. Посредством опережения выключения СПП в плечах выпрямительной схемы можно обеспечить уменьшение угла фазового сдвига основной гармонической состав­ляющей тока. Такой способ получил название секторного регулирова­ния выпрямителей. При этом способе решается лишь одна задача, но не обеспечивается снижение искажения формы тока.

Эффективным способом повышения коэффициента мощности вы­прямителей является формирование тока сети по углу фазового сдви­га φ₍₁₎ и форме на основе принципа многократного включения и вы­ключения СПП в каждом плече схемы выпрямления в течение одного периода напряжения питающей сети. В этом случае возможны различ­ные алгоритмы переключения СПП, при которых на основе модуля­ции в каждой фазе формируется ток заданной формы с требуемым сдвигом фазового угла основной гармонической составляющей. Воз­можна импульсная модуляция с заданием прямоугольной, синусои­дальной или иной формы. Такие выпрямители относятся к импульс­ным.

Таким образом, важным признаком в классификации выпрямите­лей является коммутация: естественная (сетевая) и искусственная (при­нудительная), однократная и многократная коммутация. Искусствен­ная коммутация может выполняться на стороне переменного и на стороне постоянного тока.

Выпрямители с импульсным регулированием.

Рассмотрим схему за­мещения однофазного мостового выпрямителя с эквивалентным ме­ханическим коммутатором цепи переменного тока, замещающим тиристорные плечи моста с принудительной коммутацией (рис. 6.44).

Основное свойство коммутатора состоит в юм, что напряжение на стороне постоянного тока

(6.158)

формируется в зависимости от положения 1 или 2 ключей QF1, QF2. Возможны четыре различных состояния коммутатора: зам­кнуты контакты 1QF1 и 2QF2, 2QF1 и 1QF2, 1QF1 и 1QF2, 2QF1 и 2QF2. Такие состояния сменяются с тактовой частотой / = Nf, где f — частота питающей сети, ^-кратность тактовой частоты (на рис. 6.44 N=22).

Соответственно ток i₂(t) на стороне коммутатора

(6.159)

При формировании синусоидального тока I, на стороне переменного тока и при постоянном токе i_d постоянная составляющая мощ­ности нагрузки может быть получена при включении в цепь нагрузки фильтра-пробки из элементов С2 и L2, настроенных на резонанс тока. На этом участке цепи формируется синусоидальное напряжение и₂ с двойной частотой. На рис. 6.44 показаны временные диаграммы для случая отбора от источника только активной мощности. Ток i_t фор­мируется как сумма мгновенных значений токов i₂ и i_с при модуляции с частотой f_р = 22f.

Рис. 6.44. Схема замещения и временное диаграммы напряжения и тока импульсного однофазного мостового выпрямителя

Отношение

(6.160)

где θ_e θ_р — соответственно углы включенного состояния цепи и периода тактовой частоты, может изменяться от 0 до I по синусоидальной зависимости. Это отношение представляет собой коэффициент заполнения

Напряжение на стороне постоянного тока

где p(t) — мгновенное значение мощности, пульсирующей в сети переменного тока с двойной частотой

При изменении коэффициента заполнения К от 0 до 1 можно плавно регулировать U_d, в том числе переводить его в область отрицательных значений (генераторный режим потребителя). По такому же принципу может быть построен трехфазный импульсный выпрямитель.

Дата добавления: 2014-01-07