ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.04.2024
Просмотров: 43
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
. Тогда относительные падения напряжения для схемы выпрямителямогут быть представлены в следующем виде /21/
(3.36)
где
- эквивалентное активное сопротивление фазы источника.
Если в качестве источника переменного тока используется однофазный трансформатор, то его эквивалентное активное сопротивление определится активным сопротивлением фазы вторичной обмотки
и приведенным ко вторичной обмотке активным сопротивлением фазы первичной обмотки 
:
.
В качестве базисного значения тока для построения внешней характеристики выпрямителя в относительных координатах используют ток короткого замыкания схемы
(при 
), который выражается как /21/
. (3.37)
Тогда внешняя характеристика однофазного выпрямителя в относительных координатах будет представлена зависимостью
, (3.38)
где
.
Из (3.36) следует, что
, 
и 
возрастают с увеличением 
. Поэтому для однофазных выпрямителей внешняя характеристика будет представлена прямыми, определяемыми значениями
(рис. 3.15, а).
32. Внешняя характеристика трехфазного выпрямителя
По характеру протекания электромагнитных процессов в трехфазном выпрямителе выделяют три разных режима работы (рис. 3.15, б). Если пренебречь падением напряжения на вентилях выпрямителя и на активной нагрузке системы, то можно получить достаточно простые зависимости для его внешней характеристики для всех трех режимов работы.
В режиме I при
внешняя характеристика 
линейна, а работа вентилей соответствует, рассмотренной в § 3.4. На этом режиме одновременно пропускают ток два вентиля, а третий подключается на интервале коммутации (§ 3.8.2). Уравнение внешней характеристики выпрямителя для этого режима в относительных координатах
, (3.39)
где
;
.
Режим II наступает при угле коммутации тиристоров
, когда одновременно включены три вентиля. Дальнейшее увеличение нагрузки на этом режиме не вызывает увеличения угла 
, который остается равным . Однако начало процесса коммутации вентилей будет происходить с задержкой на некоторый угол 
, называемый дополнительным углом регулирования, в результате чего кривая выпрямленного напряжения 
будет иметь провалы, достигающие нулевых значений.
Для этого режима характерно:
, 
, а внешняя характеристика выпрямителя будет описываться уравнением
(3.40)
На этом режиме внешняя характеристика трехфазного мостового выпрямителя имеет вид эллипса с равными полуосями (ее продолжение за режим II показан пунктиром на рис. 3.15, б).
Режим III возникает при дальнейшем росте нагрузки, когда чередуются одновременные проводимости трех вентилей, а на интервалах коммутации - четырех вентилей схемы. В этом режиме угол коммутации тиристоров вновь начинает возрастать, изменяясь в диапазоне
, а дополнительный угол регулирования, напротив, остается постоянным 
. Внешняя характеристика выпрямителя вновь становится линейной и ее уравнение имеет вид:
(3.41)
Следует отметить, что перечисленные режимы не всегда будут иметь место при изменении тока нагрузки от холостого хода до короткого замыкания.
Для трехфазного выпрямителя все три режима работы возможны при угле управления
. При 
в работе выпрямителя возможны только режимы I и III. При 
выпрямитель может работать только в III режиме.
33. Коэффициент мощности и КПД выпрямителя
В цепи, изображенной на рис. 12.1, имеются три прибора: амперметр (А), вольтметр (V) и ваттметр (Р).
Рис.12.1. Активно-реактивная цепь в сети переменного тока
Приборы измеряют действующие значения электрических величин. Произведение тока и напряжения, измеренных по отдельности вольтметром и амперметром, называетсякажущейся мощностью
.
Показания ваттметра — это реальная мощность P, потребляемая из сети.
Отношение реальной мощности к кажущейся определяет коэффициентом мощности, потребляемой из сети km:
ля синусоидальной формы напряжения, приложенной к активно-реактивной цепи (то есть цепи, состоящей из резисторов и реактивных элементов — дросселей и конденсаторов) МОЩНОСТЬ можно определить по формуле
P =Uн iн cosφ,
где φ — угол сдвига между напряжением и током нагрузки. Таким образом
Графически эту картину можно изобразить так, как показано на рис. 12.2.
Рис.12.2.Форма тока и напряжения Рис. 12.3. Цепь расчёта коэффи-
циента мощности
Если в сеть включена чисто активная нагрузка (например, электронагреватель), сдвига фаз между напряжением и током не будет. В этом случае коэффициент мощности равен единице. Но как только появляются реактивные элементы, коэффициент мощности снижается. Теперь выясним, как обстоит дело с коэффициентом мощности в импульсных источниках питания, у которых на входе стоит емкостной сглаживающий фильтр. Для простоты рассмотрим однополупериодную схему выпрямления (рис. 12.3).
В установившемся режиме в период разряда нагрузка питается только от заряженной емкости Сф, ток iVD отсутствует. Напряжение uн > uп.
Период заряда проходит при:uн<uп.В это время течет зарядный ток iVD.
При определении КПД выпрямителя следует учитывать, что понятие мощности, выделяемой в цепи нагрузки постоянного тока, может иметь двоякий смысл. С одной стороны—это мощность Рd, определяемая как произведение постоянных составляющих (средних значений) выпрямленного тока
Id и напряжения Ud или
Pd = Ud Id . (12.1)
С другой стороны, действительная полная мощность Pd, выделяемая в нагрузке, определяется как средняя мощность от мгновенных значений тока id и напряжения ud в нагрузке за период повторяемости формы выпрямленного напряжения или
, (12.2)
где Т—период повторяемости формы выпрямленного напряжения. Разница в значениях этих мощностей обусловлена наличием пульсаций в выпрямленном напряжении, следовательно, и в токе нагрузки. Так, если обозначить пульсации в виде переменных составляющих Δud и Δid то можно записать
. (12.3)
Очевидно, что в случае идеально сглаженного тока нагрузки, когда Δud и Δ id равны нулю, значения мощностей Рd и P'dсовпадают.
На практике мощность Р'd при значительных пульсациях выпрямленного напряжения может быть намного больше Pd.При определении КПД выпрямителя этот факт необходимо учитывать. С энергетической точки-зрения более правильно расчет КПД вести относительно мощности P'd, хотя иногда используется и значение Pd, рассматриваемое в некотором смысле как «полезная» мощность постоянного тока.
Основные потери активной мощности имеют место в следующих частях силовых выпрямителей: в трансформаторе ΔРт, тиристорах выпрямителя ΔPVs и во вспомогательных устройствах (системах управления, защиты, охлаждения, сигнализации и др.) ΔРВСП. С учетом этих составляющих для выпрямителя с малой пульсацией токаid (когда можно считатьPd ≈ P'd)КПД определяется из следующего соотношения:
η
. (12.4)
Изготовляемые в настоящее время выпрямители средней и большой мощности на тиристорах имеют КПД в пределах от 0,7 до 0,9 [3].
Полная мощность, потребляемая выпрямителем, на основании общего определения может быть записана в виде
(3.36)где
- эквивалентное активное сопротивление фазы источника.Если в качестве источника переменного тока используется однофазный трансформатор, то его эквивалентное активное сопротивление определится активным сопротивлением фазы вторичной обмотки
и приведенным ко вторичной обмотке активным сопротивлением фазы первичной обмотки : .В качестве базисного значения тока для построения внешней характеристики выпрямителя в относительных координатах используют ток короткого замыкания схемы
(при ), который выражается как /21/ . (3.37)Тогда внешняя характеристика однофазного выпрямителя в относительных координатах будет представлена зависимостью
, (3.38)где
.Из (3.36) следует, что
, и возрастают с увеличением
. Поэтому для однофазных выпрямителей внешняя характеристика будет представлена прямыми, определяемыми значениями
(рис. 3.15, а).32. Внешняя характеристика трехфазного выпрямителя
По характеру протекания электромагнитных процессов в трехфазном выпрямителе выделяют три разных режима работы (рис. 3.15, б). Если пренебречь падением напряжения на вентилях выпрямителя и на активной нагрузке системы, то можно получить достаточно простые зависимости для его внешней характеристики для всех трех режимов работы.
В режиме I при
внешняя характеристика линейна, а работа вентилей соответствует, рассмотренной в § 3.4. На этом режиме одновременно пропускают ток два вентиля, а третий подключается на интервале коммутации (§ 3.8.2). Уравнение внешней характеристики выпрямителя для этого режима в относительных координатах , (3.39)где
; .Режим II наступает при угле коммутации тиристоров
, когда одновременно включены три вентиля. Дальнейшее увеличение нагрузки на этом режиме не вызывает увеличения угла , который остается равным . Однако начало процесса коммутации вентилей будет происходить с задержкой на некоторый угол , называемый дополнительным углом регулирования, в результате чего кривая выпрямленного напряжения будет иметь провалы, достигающие нулевых значений.
Для этого режима характерно:
, , а внешняя характеристика выпрямителя будет описываться уравнением (3.40)На этом режиме внешняя характеристика трехфазного мостового выпрямителя имеет вид эллипса с равными полуосями (ее продолжение за режим II показан пунктиром на рис. 3.15, б).
Режим III возникает при дальнейшем росте нагрузки, когда чередуются одновременные проводимости трех вентилей, а на интервалах коммутации - четырех вентилей схемы. В этом режиме угол коммутации тиристоров вновь начинает возрастать, изменяясь в диапазоне
, а дополнительный угол регулирования, напротив, остается постоянным . Внешняя характеристика выпрямителя вновь становится линейной и ее уравнение имеет вид: (3.41)Следует отметить, что перечисленные режимы не всегда будут иметь место при изменении тока нагрузки от холостого хода до короткого замыкания.
Для трехфазного выпрямителя все три режима работы возможны при угле управления
. При в работе выпрямителя возможны только режимы I и III. При выпрямитель может работать только в III режиме.33. Коэффициент мощности и КПД выпрямителя
В цепи, изображенной на рис. 12.1, имеются три прибора: амперметр (А), вольтметр (V) и ваттметр (Р).
Рис.12.1. Активно-реактивная цепь в сети переменного тока
Приборы измеряют действующие значения электрических величин. Произведение тока и напряжения, измеренных по отдельности вольтметром и амперметром, называетсякажущейся мощностью
.Показания ваттметра — это реальная мощность P, потребляемая из сети.
Отношение реальной мощности к кажущейся определяет коэффициентом мощности, потребляемой из сети km:
ля синусоидальной формы напряжения, приложенной к активно-реактивной цепи (то есть цепи, состоящей из резисторов и реактивных элементов — дросселей и конденсаторов) МОЩНОСТЬ можно определить по формуле
P =Uн iн cosφ,
где φ — угол сдвига между напряжением и током нагрузки. Таким образом
Графически эту картину можно изобразить так, как показано на рис. 12.2.
Рис.12.2.Форма тока и напряжения Рис. 12.3. Цепь расчёта коэффи-
циента мощности
Если в сеть включена чисто активная нагрузка (например, электронагреватель), сдвига фаз между напряжением и током не будет. В этом случае коэффициент мощности равен единице. Но как только появляются реактивные элементы, коэффициент мощности снижается. Теперь выясним, как обстоит дело с коэффициентом мощности в импульсных источниках питания, у которых на входе стоит емкостной сглаживающий фильтр. Для простоты рассмотрим однополупериодную схему выпрямления (рис. 12.3).
В установившемся режиме в период разряда нагрузка питается только от заряженной емкости Сф, ток iVD отсутствует. Напряжение uн > uп.
Период заряда проходит при:uн<uп.В это время течет зарядный ток iVD.
При определении КПД выпрямителя следует учитывать, что понятие мощности, выделяемой в цепи нагрузки постоянного тока, может иметь двоякий смысл. С одной стороны—это мощность Рd, определяемая как произведение постоянных составляющих (средних значений) выпрямленного тока
Id и напряжения Ud или
Pd = Ud Id . (12.1)
С другой стороны, действительная полная мощность Pd, выделяемая в нагрузке, определяется как средняя мощность от мгновенных значений тока id и напряжения ud в нагрузке за период повторяемости формы выпрямленного напряжения или
, (12.2)где Т—период повторяемости формы выпрямленного напряжения. Разница в значениях этих мощностей обусловлена наличием пульсаций в выпрямленном напряжении, следовательно, и в токе нагрузки. Так, если обозначить пульсации в виде переменных составляющих Δud и Δid то можно записать
. (12.3)Очевидно, что в случае идеально сглаженного тока нагрузки, когда Δud и Δ id равны нулю, значения мощностей Рd и P'dсовпадают.
На практике мощность Р'd при значительных пульсациях выпрямленного напряжения может быть намного больше Pd.При определении КПД выпрямителя этот факт необходимо учитывать. С энергетической точки-зрения более правильно расчет КПД вести относительно мощности P'd, хотя иногда используется и значение Pd, рассматриваемое в некотором смысле как «полезная» мощность постоянного тока.
Основные потери активной мощности имеют место в следующих частях силовых выпрямителей: в трансформаторе ΔРт, тиристорах выпрямителя ΔPVs и во вспомогательных устройствах (системах управления, защиты, охлаждения, сигнализации и др.) ΔРВСП. С учетом этих составляющих для выпрямителя с малой пульсацией токаid (когда можно считатьPd ≈ P'd)КПД определяется из следующего соотношения:
η
. (12.4)Изготовляемые в настоящее время выпрямители средней и большой мощности на тиристорах имеют КПД в пределах от 0,7 до 0,9 [3].
Полная мощность, потребляемая выпрямителем, на основании общего определения может быть записана в виде