Зависимость угла коммутации от нагрузки
Если пренебречь разного рода несимметрией и активными сопротивлениями всех элементов преобразователя и питающей системы, то угол коммутации для m-пульсовой схемы выпрямления можно рассчитать по формуле [1]:
или 
,
где m- количество пульсов ВИП.
В этой формуле с помощью uk учитываются вентильные индуктивные сопротивления фаз трансформатора, которые включают в себя кроме сопротивления самого тягового трансформатора сопротивления всей предвключенной системы, приведенные к напряжению вентильных обмоток. При переходе к более многопульсовым схемам выпрямления угол коммутации уменьшается, что положительно сказывается на всех технико-экономических показателях преобразователя (уменьшаются амплитуды гармоник выпрямленного напряжения и угол наклона внешней характеристики преобразователя, и др.). Углы коммутации для 6-, 12- и 24-пульсовых схем выпрямления при одном токе и при прочих равных условиях находятся в примерном соотношении [1]:
.
В данной схеме ВИП используется трансформатор типа ТРДТНП-20000/110ИУ1, у которого 
- коммутационное напряжение.
Занесем результаты расчетов в таблицу 3.1.
Таблица 3.1
|
Схемы ВИП | зависимость угла коммутации | |||||
|
| 0 | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1,00 | |
| 6пульсовая на тиристорах | 
| 0 | 10,98 | 15,54 | 19,03 | 21,95 |
Графики зависимости угла коммутации от нагрузки для выпрямительно – инверторногопреобразователея показаны на рис.3.1.
|
|
|
Рис.3.1 Зависимость угла коммутации от нагрузки
По результатам расчетов можно сделать вывод, что при увеличении нагрузки растет угол коммутации, а применение более сложных мостовых схем с увеличенным числом пульсаций приводит к уменьшению угла коммутации.
Внешние характеристики преобразователя
Внешняя характеристика преобразователя – это зависимость среднего значения напряжения на его выходе (Ud) от среднего значения тока (Id). Уравнение внешней характеристики m-пульсового выпрямителя может быть представлено в виде:
Ud = Ud0 – ∆Uγ - ∆Uпт – ∆Uтт – ∆Uл – ∆Uв,
где Ud0 – среднее напряжение холостого хода;
∆Uпт, ∆Uтт, ∆Uл, ∆Uв – потери напряжения в понижающем трансформаторе, тяговом трансформаторе, в линиях электропередач и в вентилях соответственно.
Если пренебречь потерями напряжения в активных сопротивлениях всех элементов схемы, тогда уравнение внешней характеристики принимает вид:
Ud = Ud0 – ∆Uγ,
где ∆Uγ – коммутационные потери напряжения, которые зависят от величины индуктивных сопротивлений питающих линий и трансформаторов. Эти потери удобно оценить с помощью uk%, тогда результирующие коммутационные потери можно вычислить по формуле [7]:
|
|
|
∆Uγ = Ud0 
,
а уравнение внешней характеристики можно представить так:
Ud = Ud0 
.
Если пренебречь потерями напряжения в активных сопротивлениях трансформаторов, питающих линиях, а также потерями напряжения в вентилях, то уравнение внешней характеристики можно записать в следующем виде:
- для выпрямителя
Для управляемого 6-пульсового выпрямительно – инверторного преобразователя, работающего в выпрямительном режиме возьмем:
Рис. 3.2. Внешняя характеристика выпрямителя в рабочем режиме
Внешняя характеристика6-пульсового выпрямителя имеет наклон 0.26, что значительно меньше, чем при 6-пульсовой мостовой схеме выпрямления 0,5. А это означает, что одна и та же мощность на тягу поездов реализуется 12-пульсовым выпрямителем при меньшем токе, чем при 6-пульсовом. Это снижает потери энергии во всех элементах системы электроснабжения и позволяет обеспечить более высокую пропускную и провозную способность линий за счет более высокого уровня напряжения в тяговой сети.
4. Гармонический анализ выпрямленного напряжения и сетевого тока
4.1. Гармонический анализ выпрямленного напряжения
|
|
|
Независимо от используемой схемы выпрямления, напряжение на выходе преобразователя является пульсирующим, то есть помимо постоянной составляющей в кривую выпрямленного напряжения входит переменная составляющая, которую можно представить как сумму бесконечного ряда гармоник. В режиме холостого хода при симметрии всех напряжений и сопротивлений, а также синусоидальности напряжений, кривая выпрямленного напряжения образуется участками синусоид, с протяженностью каждого участка 2π/m. Поэтому при симметричном режиме работы на выходе 6-пульсового преобразователя имеются гармоники с частотами, кратными 300 Гц; у 12-пульсового – кратными 600 Гц, у 24-пульсового – кратными 1200 Гц. Эти гармоники называются каноническими.
Относительные величины амплитуд гармоник при симметричном режиме работы и холостом ходе можно вычислить по формуле:
,
где k – порядок гармоники.
Качество выпрямленного напряжения характеризуется коэффициентом пульсаций 
, или, более точно, коэффициентом полной волнистости.
Коэффициент пульсаций определяется по формуле: 
.
При холостом ходе 
где 
(n-ряд целых чисел 1,2,3…..; m- число пульсаций выпрямленного напряжения за период).
|
|
|
При m=12 
, при m=24 
Коэффициент полной волнистости , определяется по формуле:
;
При m=6 = 4%, а при m=12 = 1%.
Из приведенных численных значений следует, что при создании 6–пульсового выпрямительно-инверторного преобразователя с обеспечением полной симметрии напряжения секций, обеспечивается высокое качество выходного напряжения: переменная составляющая его составляет 4% от 
. С увеличением числа пульсаций за период, содержание высших гармонических составляющих уменьшается, что приводит к повышению качества выпрямленного напряжения.
При работе в выпрямительном и инверторном режимах кривой напряжения на стороне постоянного тока содержатся высшие гармонические составляющие, величина, частота и начальная фаза которых зависит от режима работы, параметров и схемы соединения обмоток трансформаторов, преобразовательных агрегатов, величины тока нагрузки (угла коммутации γ), величины углов регулирования α и β, не симметрии и не синусоидальности напряжения на шинах переменного тока, не симметрия цепей управления выпрямительно – инверторных агрегатов.
Рис. 4.1. Временная диаграмма выпрямленного напряжения управляемого трехфазного мостового преобразователя тяговой подстанции.
Кривая выпрямленного напряжения приведена на рисунке 4.1 и может быть аналитически описана в режиме нагрузки.
Таблица 4.1
| Интервал периода | Аналитическое описание U d |
| 0 ≤ ωt ≤ π/6 + α | ud = uс - uв |
| π/6 + α ≤ ωt ≤ π/6 + α + γ | ud = (uа + uс)/2 - uв |
| π/6 + α + γ ≤ ωt ≤ π/2 + α | ud = uа – uв |
| π/2 + α ≤ ωt ≤ π/2 + α + γ | ud = uа - (uс + uв)/2 |
| π/2 + α + γ ≤ ωt ≤ 5π/6 + α | ud = uа – uс |
| 5π/6 + α ≤ ωt ≤ 5π/6 + α + γ | ud = (uа + uв)/2 – uс |
| 5π/6 + α + γ ≤ ωt ≤ 7π/6 + α | ud = uв – uс |
| 7π/6 + α ≤ ωt ≤ 7π/6 + α + γ | ud = uв - (uа + uс)/2 |
| 7π/6 + α + γ ≤ ωt ≤ 3π/2 + α | ud = uв – uа |
| 3π/2 + α ≤ ωt ≤ 3π/2 + α + γ | ud = (uс + uв)/2 – uа |
| 3π/2 + α + γ ≤ ωt ≤ 11π/6 + α | ud = uс – uа |
| 11π/6 + α ≤ ωt ≤ 11π/6 + α + γ | ud = uс - (uа + uв)/2 |
| 11π/6 + α + γ ≤ ωt ≤ 2π | ud = uс – uв |
При определении гармонических составляющих выпрямленного напряжения, то есть при разложении её в ряд Фурье необходимо определить коэффициенты Эйлера (ak , bk , то есть косинусные и синусные составляющие).
Для k =6 и конкретных значений угла запаздывания α и угла коммутации γ:
| Для канонических частот (300, 600, 900, 1200 Гц), кратных 6 (k = 12, 18, 24) гармонические выпрямленного напряженияопределены по аналогичным формулам. По результатам расчетов построены зависимости гармонических угла коммутации γ (от нагрузки). При этом угол запаздывания принимался равным нулю α = 0.
Рис. 4.2. Амплитуды гармонических составляющих выпрямленного напряжения на выходе 6-пульсового выпрямителя при выпрямленном напряжении 3 300В.
В режиме нагрузки при симметричном режиме работы порядок гармоник в выпрямленном напряжении не меняется, но их амплитуда возрастает с увеличением тока нагрузки, что объясняется ростом угла коммутации. Гармонические составляющие выпрямленного напряжения существенно зависят не только от угла коммутации, но и от угла управления. При глубоком регулировании (больших углах управления α ≥ 600) амплитуды гармонических составляющих выпрямленного напряжения возрастают примерно на 20%.
 Мы поможем в написании ваших работ! |
