Всего на сайте:
183 тыс. 477 статей

Главная | Электроника

Расчет параметров основных элементов силовых схем выпрямителей  Просмотрен 67

 

Расчет параметров основных элементов силовых схем выпрямителей трехфазного питания

 

Наибольшее распространение получили следующие схемы ВП трехфазного питания: однотактная однополупериодная (трехфаз­ная нулевая), однотактная двухполупериодная (шестифазная ну­левая), и двухтактная двухполупериодная (трехфазная мостовая).

На рис. 1.9 приведены диаграмм токов и напряжений на эле­ментах трехфазной нулевой схемы ВП (см. рис. 1.3) при мгновенной коммутации вентилей. На основании данной диаграммы основные параметры трехфазное нулевой схемы определяются следующим об­разом.

 

Рис. 1.9. Диаграмм токов и напряжений на элементах трехфазной нулевой схемы

 

Выпрямленная ЭДС или постоянная составляющая мгно­венной выпрямленной ЭДС на нагрузке

. (1.19)

Рассматриваемые далее параметры трехфазной нулевой схе­мы не зависят от угла отпирания .

На основании диаграммы (см. рис. 1.9) среднее значение тока через вентиль определяется из выражения:

. (1.20)

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора, равное действующему значению тока вентиля, рассчиты­вается по формуле:

. (1.21)

Действующее значение тока первичной обмотки трансформа­тора определяется из выражения

. (1.22)

Полная мощность трехфазной первичной обмотки трансфор­матора с учетом соотношений (1.22) и (1.19) равна

. (1.23)

Полная мощность трехфазной вторичной обмотки трансфор­матора с учетом (1.21) и (1.19) равна

. (1.24)

Типовая мощность силового трансформатора с учетом (1.23) и (1.24) равна

. (1.25)

Максимальное напряжение на вентилях трехфазной нулевой схемы равно амплитуде линейного напряжения вторичной обмотки силового трансформатора.

. (1.26)

Угол проводимости вентилей трехфазной нулевой схемы ра­вен 120 электрическим градусам.

На рис. 1.11 приведены диаграммы мгновенных значений то­ков и напряжений на элементах шестифазной нулевой схемы (рис. 1.10). Диаграмма приведена для случая мгновенной коммутации и идеально сглаженного выпрямленного тока.

На осно­вании диаграм­мы (см. рис. 1.11) основные параметры ше­стифазной нулевой схемы определяются следующим об­разом.

Среднее значение вып­рямленной ЭДС на наг­рузке опреде­ляется путем усреднения мгновенной выпрямленной ЭДС на периоде ее повторяемости, равном . Полагая, что при интегрировании ось ординат совмещена с амплитудным значением кривой синусоиды фазной ЭДС вторичной об мотки трансформатора, получим

. (1.27)

 

Рис.1.11. Диаграммы токов и напряжений на элементах шестифазной нулевой схемы

 

Рассматриваемые далее параметры шестифазной нулевой схе­мы не зависят от угла отпирания .

Среднее значение тока через вентиль равно

. (1.28)

Действующее значение тока вторичной обмотки трансфор­матора, равное действующему значению тока вентиля, рассчиты­вается по формуле:

. (1.29)

Действующее значение фазного тока первичной обмотки тран­сформатора, соединенной в треугольник, равно

. (1.30)

 

Полная мощность шестифазной вторичной обмотки трансфор­матора с учетом соотношений (1.29) и (1.27) равна

. (1.31)

Полная мощность трехфазной первичной обмотки трансфор­матора с учетом выражений (1.30) и (1.27) равна

. (1.32)

Типовая мощность силового трансформатора равна

. (1.33)

Максимальное напряжение на вентилях шестифазной нулевой схемы равно амплитуде линейной ЭДС вторичной обмотки трансформатора и определяется по формуле:

. (1.34)

Угол проводимости вентилей шестифазной нулевой схемы ра­вен 60 электрическим градусам.

Соединение, первичной обмотки трансформатора в звезду в шестифазных нулевых схемах не используется, так как при таком соединении в сердечнике трансформатора возникают нескомпенси­рованные потоки вынужденного намагничивания, искажающие пер­вичный ток, вторичные напряжения и снижающие выпрямленное на­пряжение.

На рис. 1.12 приведены диаграммы мгновенных значений то­ков и напряжений на элементах трехфазной мостовой схемы выпрям­ления (см. рис. 1.1). Диаграмма соответствует мгновенной комму­тации вентилей и идеально сглаженному току нагрузки. На основа­нии этой диаграммы рассчитываются основные параметры трехфазной мостовой схемы.

Выпрямленная ЭДС на выходе трехфазной мостовой схемы равна

. (1.35)

где - амплитуда линейной ЭДС вторичной обмотки трансфор­матора.

Рассматриваемые далее параметры трехфазной мостовой схемы не зависят от угла отпирания .

Среднее значение тока через вентиль схемы определяется из выражения:

. (1.36)

Действующее значение тока вторичной обмотки равно

. (1.37)

 

Рис. 1.12. Диаграммы токов и напряжений на элементах мостовой схемы

 

Действующее значение тока первичной обмотки равно

. (1.38)

Полная мощность трехфазной вторичной обмотки с учетом соотношений (1.35) и (1.37) равна

. (1.39)

Полная мощность трехфазной первичной обмотки с учетом (1.38) и (1.35) равна

. (1.40)

Типовая мощность трансформатора трехфазной мостовой схе­мы рассчитывается по формуле:

. (1.41)

Максимальное напряжение на вентилях трехфазной мостовой схемы равно амплитуде линейной ЭДС вторичной обмотки силово­го трансформатора

. (1.42)

Угол проводимости вентилей мостовой трехфазной схемы равен 120 электрическим градусам.

Применение полученных выше формул для расчета выпрямите­лей трехфазного питания можно рассмотреть на следующих примерах.

1.3.1. Рассчитать параметры основных элементов трехфаз­ного нулевого управляемого выпрямителя, обеспечивающего ре­гулирование выпрямленной ЭДС на нагрузке от -100 до 100 В при идеально сглаженном выпрямленном токе =100 А. По­строить кривые мгновенных значений токов и напряжений на эле­ментах схемы. Построить регулировочную характеристику управ­ляемого выпрямителя (см. рис. 1.3). Напряжение сети =380 В.

Расчет производится следующим образом.

1) В соответствии с (1.19) определяется действующее значение фазной ЭДС вторичной обмотки силового трансформатора, необходимое для получения на нагрузке максимальной выпрямленной ЭДС, =100 В (при =0),

В.

2) По формуле (1.26) определяется максимальное напряже­ние на вентилях

В.

3) По (1.20) определяется средний ток тиристора

А.

4) По (1.21) определяется действующее значение тока трехфазной вторичной обмотки трансформатора, необходимое для расчета сечения ее проводника,

А.

5) Рассчитывается коэффициент трансформации силового трансформатора, обеспечивающий получение вторичной ЭДС =85,4 В с учетом возможного 10% снижения напряжения сети

.

6) По (1.22) определяется действующее значение тока трехфазной первичной обмотки трансформатора, необходимое для расчета сечения ее проводника,

А.

7) По (1.24) определяется полная мощность трехфазной вторичной обмотки силового трансформатора

кВ∙А.

8) По (1.23) определяется полная мощность трехфазной пе­рвичной обмотки силового трансформатора

кВ∙А.

9) По (1.25) определяется типовая мощность силового трансформатора

кВ∙А.

Кривые мгновенных значений токов и напряжений на эле­ментах рассчитываемого выпрямителя (см. рис. 1.9) приведены на рис. 1.13.

Рис.1.13. Диаграммы токов и напряжений на элементах трехфазной нулевой схемы

 

Диаграммы токов и напряжений построены для случая , ко­гда выпрямленная ЭДС = -50 В и выпрямитель работает в инверторном режиме.

Регулировочная характеристика данного управляемого выпря­мителя строится по уравнению

и идентична регулировочной характеристике (см. рис. 1.8) одно­фазного нулевого выпрямителя.

1.3.2. Рассчитать параметры основных элементов шестифазного нулевого выпрямителя (см. рис. 1.10) трехфазного питания, обеспечивающего при ЭДС питающей сети = 360 В те же выход­ные параметры, что и трехфазный нулевой выпрямитель (см. при­мер 1.3.1). Построить кривые мгновенных значений токов и напря­жений на элементах схемы и регулировочную характеристику.

Расчет производится в следующей последовательности.

1) В соответствии с (1.27) определяется действующее зна­чение фазной ЭДС вторичной обмотки трансформатора, обеспе­чивающее максимальное выпрямленное напряжение на нагрузке , равное 100 В,

В.

2) По (1.34) определяется максимальное напряжение на вентилях

В.

3) По (1.28) определяется средний ток вентиля

А.

4) По (1.29) определяется действующее значение тока шестифазной вторичной обмотки трансформатора, необходимое для расчета сечения ее проводника,

А.

5) Рассчитывается коэффициент трансформации силового трансформатора, обеспечивающий получении вторичной ЭДС =74,1 В с учетом возможного 10% понижения напряжения сети,

.

6) По (1.30) определяется действующее значение фазного тока трехфазной первичной обмотки трансформатора, соединенной в треугольник,

А.

7) По (1.31) определяется полная мощность вентильной шестифазной вторичной обмотки силового трансформатора

кВ∙А.

8) По (1.32) определяется полная мощность трехфазной первичной обмотки трансформатора

кВ∙А.

9) По (1.33) определяется типовая мощность силового трансформатора

кВ∙А.

Форма кривых токов и напряжений на элементах данного выпрямителя полностью идентична (см. рис. 1.11) кри­вым токов и напряжений в рассмотренной ранее шестифазной нулевой схеме, при условии, что масштаб по оси напряжений выбирается равным 6,9 В/мм, а по оси токов равным 12,5 А/мм. Кривые соответствуют углу отпирания .

Регулировочная характеристика строится по уравнению

и идентична (см. рис. 1.8) регулировочной характерис­тике однофазной нулевой схемы.

1.3.3. Рассчитать параметры основных элементов трехфаз­ного мостового управляемого выпрямителя, работающего в выпрямительном и инверторном режимах и осуществляющего регулиро­вание выпрямленного тока в нагрузке с сопротивлением =1 Ом от нуля до 100 А. Ток нагрузки считать идеально сглаженным ( ). ЭДС сети =380 В. Построить кривые мгновениях значений токов и напряжений на элементах схемы для угла отпи­рания вентилей . Построить регулировочную характерис­тику.

Порядок расчета следующий:

1) Определяется значение максимальной выпрямленной ЭДС , обеспечивающее максимальный выпрямленный ток в нагру­зке =100 А,

В.

2) В соответствии с (1.35) определяется действующее зна­чение фазной ЭДС , необходимое для получения на нагруз­ке максимальной выпрямленной ЭДС =100 В,

В.

3) По (1.42) определяется максимальное напряжение на вентилях схемы

В.

4) По (1.36) определяется средний ток тиристора

А.

5) Определяется коэффициент трансформации, необходимый для получения ЭДС вторичной обмотки трансформатора =42,7 В с учетом возможного 10% снижения напряжения сети,

.

6) По (1.37) определяется действующее значение тока вто­ричной обмотки трансформатора, необходимое для расчета сече­ния ее проводника,

А.

7) По (1.38) определяется действующее значение тока первичной обмотки трансформатора, тоже необходимое для рас­чета сечения ее проводника,

А.

8) По (1.39) определяется полная мощность трехфазной вторичной обмотки трансформатора

кВ∙А.

9) По (1.40) определяется полная мощность трехфазной первичной обмотки силового трансформатора

кВ∙А.

10) По (1.41) находится типовая мощность силового трансформатора, определяющая его выбор,

кВ∙А.

Форма кривых токов и напряжений на элементах рассчитан­ного выпрямителя идентична (см. рис. 1.12) кривым то­ков и напряжений в рассмотренной ранее трехфазной мостовой схеме, при условии, что масштаб по осям напряжений выбирает­ся равным 4 В/мм, а по осям токов - 12,5 А/мм. Данные кривые приведены для угла отпирания . Регулировочная ха­рактеристика идентична (см. рис. 1.8) регулировочной характеристике однофазной нулевой схемы.

Параметры основных элементов силовых схем, рассчитыва­емые на основании соотношений (1.1) - (1.42), являются ис­ходными данными для выбора средств аппаратурной реализации силовой части выпрямителей.

 

 

Предыдущая статья:Елисейские поля и райские сады Эдема Следующая статья:Инверторный режим управляемых выпрямителей
page speed (0.0169 sec, direct)