КАТУШКА С МАГНИТОПРОВОДОМ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 30 страница

_ ра — «-а -< * Ч — "Ъ с_с

© © ©

У                    *_с|

ъ vd4 vd.

vd2 vd.

h Ч

v<U     v<

с

vd_{

Рис. 10.43

ч vd,

Зт- <Ьг

«5 «6

ч ч

Дн Ч=Ь

Рис. 10.42

полуволн напряжений вторичных обмоток м_н = Д_нг_н (рис. 10.41, в). Заметим, что токи во вторичных и первичных обмотках трансфор­матора имеют постоянные составляющие /₀/3 иw₁I_Q/(3w₂).

В трехфазной мостовой схеме выпрямителя нулевой вывод вто­ричной обмотки трехфазного трансформатора не нужен, поэтому его вторичные обмотки могут быть соединены как звездой, так и треу­гольником или, если позволяют условия работы, трехфазный транс­форматор может вообще отсутствовать. При отсутствии трехфазно­го трансформатора выпрямитель подключается к трехфазному ис­точнику, например, как показано на рис. 10.42. Половина диодов выпрямителя(VD_h VD₃и га₅) образует группу, в которой соедине­ны все катодные выводы, а у второй половины диодов (VD₂, VD_Aи VD₆) соединены все анодные выводы.

Примем значение потенциала нейтральной точки N трехфазного источника = 0. При этом потенциалы его выводов соответствен­но равны

Фа =     U_mSUlUt;

Уь = u_b= U_msm(ut - 120°);

_фс = щ = U_msrn(u)t - 240°),

что показано на рис. 10.43, а. В каждый данный момент времени ра­ботает тот диод первой группы, у которого анодный вывод имеет наи­больший положительный потенциал фдтах > 0 относительно потен­циала нейтральной точкиN,а вместе с ним — диод второй группы, у которого катодный вывод имеет наибольший по абсолютному зна­чению отрицательный потенциал |фк1тах относительно потенциала этой же точки. Чтобы проследить порядок переключения диодов, разделим один период Т работы цепи на шесть равных интервалов времени, как показано на рис. 10.43, а. В табл. 10.2 для каждого ин­тервала времени приведены величины с наибольшим положитель­ным потенциалом анодов ф_Атах диодов первой группы и с наиболь­шим по абсолютному значению отрицательным потенциалом като­дов |фк1тах диодов второй группы, а также номера открытых диодов

Таблица 10.2 Порядок переключения диодов в трехфазной мостовойсхеме выпрямителя Номер ФА max |фк|шнх Диод первой Диод второй интервала группы группы 1 4>а 4>h VD! vd4 2 4>а 4>с га, vd, 3 4>ь Фс VD, vd6 4 4>ь ч>а га.. vd2 5 4>с 4>а га5 vd2 6 4>с 4>h га5 vd,

 

каждой группы. В течение одного периода происходит шесть пере­ключений, т. е. в 2 раза больше числа фаз т = 3.

Работу выпрямителя иллюстрируют совмещенные по времени кривые токов диодов первой группы i_bц и г₅ (рис. 10.43, б), токов диодов второй группы г₂, г₄ и г₆ (рис. 10.43, в), тока нагрузки г_п = —h+ Ч + Ч —h+ Ч + Ч^и выпрямленного напряжения и_п = Д_нг_п (рис. 10.43, г) и переменные фазные токи трехфазного источника г_а — %х — г₂, г₆ = г₃ — г₄ и г_с = г₅ — г₆ (рис. 10.43, д). Заметим, что максимальное значение выпрямленного напряжения равно ампли­туде синусоидального линейного напряжения трехфазного источ­ника V3£/_m, а максимальное значение выпрямленного тока 1_т = = >/3U_m/R_H.

Мощность многофазных неуправляемых выпрямителей обычно средняя или большая (от десятков до сотен киловатт и больше при токах до 100 кА). Мощность однофазных неуправляемых выпрями­телей малая или средняя (от единиц до десятков киловатт). Коэф­фициент полезного действия неуправляемых выпрямителей дости­гает 98 %.

10.10. Управляемые выпрямители

Принципы построения управляемых однофазных и многофазных выпрямителей такие же, как и одноименных неуправляемых вып­рямителей, но диоды, т. е. неуправляемые вентили, заменяются ти­ристорами, т.е. управляемыми вентилями. Программа включения последних задается соответствующей последовательностью управ­ляющих импульсов напряжения системы управления.

Рассмотрим работу однофазного управляемого выпрямителя с ну­левым выводом трансформатора (рис. 10.44). Режим работы вып­рямителя в общем случае зависит от значения параметров цепи на­грузки. Наиболее распространены два случая. Схема замещения цепи нагрузки содержит: 1) резистивный элемент с сопротивлением Д_н; 2) последовательное соединение резистивногоR_uи индуктивного L_Hэлементов.

Примем для упрощения анализа, что трансформатор с числом вит­ков первичнойWiи каждой половины вторичнойw₂обмоток — иде­альный с напряжениями на половинах вторичной обмотки щ и щ (рис. 10.45, а).

При отсутствии индуктивности цепи нагрузки два плеча выпря­мителя работают независимо один от другого (рис. 10.45, в) как од­нофазные однополупериодные управляемые выпрямители, после­довательности управляющих импульсов напряжения которых, по­ступающих от системы управления СУ (см. рис. 10.44), сдвинуты относительно друг друга на половину периода (рис. 10.45, б). При угле управления а ^ 180° ток в первичной обмотке трансформатора

Рис. 10.46

Рис. 10.44

 

 

i = — {i_x— i₂)в отличие от получающегося в цепи на рис. 10.35 не­синусоидальный (рис. 10.45, Э), а ток в цепи нагрузки г_н = + г₂ представляет собой последовательность импульсов с длительностью Т/2 — Atи периодом повторения Т/2 (рис. 10.45, г).

Наличие индуктивности цепи нагрузки (рис. 10.46) изменяет ха­рактер процесса в выпрямителе. После открывания тиристора VS_X илиVS₂ток в нем и в цепи нагрузки плавно увеличивается и в маг­нитном поле индуктивного элемента запасается энергия. За счет этой энергии ток в соответствующем тиристоре и в цепи нагрузки не уменьшится до нуля при изменении полярности питающего напря­жения. Следовательно, интервалы открытого состояния тиристоров VSiиVS₂возрастут тем больше, чем больше значение индуктивно­сти L_H. При некотором значении индуктивности ток в цепи нагруз­ки становится непрерывным, а при L_Hоо — постоянным. Переклю­чение тиристоров при принятых допущениях происходит мгновенно.

Рассмотрим работу выпрямителя подробнее, положив, что индук­тивностьL_nоо и к моменту времениt = 0 тиристорVS_Xбыл зак­рыт, а тиристорVS₂открыт. Первый после момента времениt = 0 импульс управления и_уи1 открывает тиристорVS_Xи напряжение меж­ду его анодом и катодом становится равным нулю (u_vsi= 0). При значении угла управления а< 180° (рис. 10.47, а) напряжение меж­ду анодом и катодом ранее проводившего тиристора, как следует из второго закона Кирхгофа для контура 1 цепи (рис. 10.46), будет иметь отрицательное значение (u_VS2= и₂ — и_х< 0), что приводит к его запиранию. Одновременно положительное напряжение щ > 0 (рис. 10.47, а), действующее в контуре 2 цепи, определяет ток в открытом тиристореVS_Xи в цепи нагрузки.

Через периода после включения тиристораVS_Xи выключе­ния тиристораVS₂под действием импульса управления и_уп2 (рис. 10.47, б) откроется тиристорVS₂.Напряжение между анодом и ка­тодом тиристораVS_Xстанет отрицательным (u_vsi= щ — и₂< 0) (рис. 10.47, а) и он запирается. Далее процесс переключения тирис­торов периодически повторяется, так что токи в них ц и г₂ представ­ляют собой последовательность прямоугольных импульсов с амп­литудой /₀ =U_q/R_hhдлительностью Т/2 (рис. 10.47, в), ток нагруз­ки постоянный (г_н = /₀ = ц + г₂) (рис. 10.47, г), а ток в первичной

обмотке трансформатора г = — (г_х — г₂) получается в виде после-

^wi_w

довательности импульсов разного знака с амплитудой — /₀ (рис.

Щ

10.47, д). Его первая гармоника г₍₁₎, показанная штриховой линией, отстает по фазе от синусоидального напряжения сети

и =         ~ щ)^на У^гол управления а. Это означает, что индук­

тивная реактивная мощность выпрямителяQ_Lотлична от нуля.

При отсутствии естественной индуктивности цепи нагрузки ана­логичный режим работы выпрямителя будет при включении после­довательно в цепь нагрузки сглаживающего фильтра в виде катуш­ки с индуктивностью Ьф —> оо.

Регулировочная характеристика выпрямителя по схеме на рис. 10.44 определяется зависимостью

тс

U_n= — Гsinutdut =U_m^{1 + COSa},                     (10.14)

^и тх J                               тс

о

а выпрямителя по схеме на рис. 10.46 при L_u—> оо — зависимостью

U                     2

U₀= — Isinutdut = Um—cosa                    (10.15)

IX J                     тс

a

и приведена на рис. 10.48, а. Регулировочные характеристики при L_n= 0 и L_n—> оо ограничивают область расположения регулировоч­ных характеристик для промежуточных значений оо >L_n> 0.

На рис. 10.48, б приведены внешние характеристики управляе­мого однофазного двухполупериодного выпрямителя С/₀(/₀) при раз­личных значениях угла управления а = const с учетом падения на­пряжения на реальном тиристоре.

Заметим, что вследствие индуктивности рассеяния обмоток ре­ального трансформатора и инерционности процессов включения и выключения тиристоров последние переключаются не мгновенно.

Многофазные управляемые выпрямители имеют, как правило, большую мощность (сотни киловатт и больше) и применяются в электроприводе с машинами постоянного тока, в линиях электро­передачи постоянного тока, для работы электролитических ванн и т.д.

 

Однофазные управляемые выпря­мители имеют малую и среднюю мощ­ность (от единиц до десятков киловатт) и применяются в сварочных устрой­ствах, электровибраторах, для зарядки аккумуляторов. В последнем случае ак­кумулятор включается в цепь нагруз­ки последовательно со сглаживающим фильтром (рис. 10.49, где Ей R_liT— по­стоянные ЭДС и внутреннее сопротив­ление аккумулятора). Если положить, что индуктивность сглаживающего фильтра L^ —» оо, то процессы в вып­рямителе совпадают с представленны­ми на рис. 10.47. Изменяя среднее зна­чение выпрямленного напряжения по регулировочной характеристике (10.15)

U = Oleosa > Е, (Ю.16)

" TV

можно управлять током зарядки аккумулятора

/₀ = (U_Q- E)/R_m.                             (10.17)

Инверторы

Инвертированием называется процесс, обратный выпрямлению, т.е. преобразование постоянного тока в переменный, а инвертора­ми — устройства, реализующие этот процесс.

Различают инверторы, ведомые сетью, и автономные инверторы. Первые служат для передачи энергии в сеть с переменным током заданной частоты, которая и определяет необходимую частоту пре­образования. Вторые служат для питания автономных приемников, а частота преобразования задается системой управления инвертором.

Инверторы, ведомые сетью. У однофазного выпрямителя с ну­левым выводом трансформатора для зарядки аккумулятора (рис. 10.49) угол управления 0 <a < 90° (см. рис. 10.47), постоянные ЭДС Ей токi_u= 1₀ аккумулятора направлены встречно, что соответству­ет передаче энергии из сети переменного тока в цепь постоянного тока.

Рис. 10.49

Если увеличить угол управления 90° <a < 180° и изменить на­правление постоянной ЭДС Е аккумулятора на противоположное, то последний может не потреблять энергию и отдавать ее в сеть пе­ременного тока, т. е. процесс выпрямления сменится на инвертиро­вание.

Рассмотрим условия возникнове­ния установившегося процесса ин­вертирования подробнее, сохранив в цепи инвертора (рис. 10.50) обозначе­ния и направления токов и напряже­ний, принятые для одноименного выпрямителя (см. рис. 10.49).

В установившемся режиме ток в ветви с аккумулятором постоянный Ои = ^{так как} предполагается, что у сглаживающего фильтра индуктив­ность Ьф —> оо. Заметим, что если в выпрямителе сглаживающий фильтр может и отсутствовать (см. рис. 10.44), то в инверторе он определяет принцип его работы.

Процесс переключения тиристо­ров в инверторе аналогичен их переключению в выпрямителе на рис. 10.47. Примем, что к моменту времениt= 0 (рис. 10.51, а) тиристор VS₂был открыт, а тиристорVS_Xзакрыт. Последующие переключе­ния тиристоров задаются двумя последовательностями импульсов управления и_уп1 и и_уп2 с периодом повторения Т = сдвинуты­ми относительно друг друга на половину периода Г/2 (рис. 10.51, б). Первый после момента времениt — 0 импульс управления п_уп1 от­крывает тиристорVS_bи напряжение между его анодом и катодом станет равно нулюu_vsi= 0. Если при этом угол управления

а < 180°,                              (10.18)

то напряжение между анодом и катодом ранее проводившего тирис­тора, как следует из второго закона Кирхгофа, составленного для контура 1 цепи, будет иметь отрицательное значение (u_VS2= щ - —щ< 0), что приведет к его запиранию. Одновременно положитель­ное напряжение щ + Е > 0, действующее в контуре 2 цепи, опреде­ляет ток в открытом тиристореVS_Xи аккумуляторе ц = г_н = 1₀.

При значении угла управления а > 180° напряжение между ано­дом и катодом ранее проводившего тиристораVS₂будет иметь по­ложительное значение (u_VS2= и₂ - и_г> 0) и его запирания не про­изойдет. Это явление называется срывом инвертирования или опро­кидыванием инвертора.

Запирание ранее проводившего тиристора под действием обрат­ного напряжения, равного напряжению сети переменного тока, трансформированному на вторичной обмотке трансформатора, оп­ределяет название инвертора — ведомый сетью.

Рис. 10.50

Через половину периода после включения тиристора VSi и вык­лючения тиристораVS₂под действием импульса управления и_уп2 от­кроется тиристорVS₂.Одновременно напряжение между анодом и

катодом тиристораVS_Xстанет отрица­тельным (u_VSi = щ — щ < 0) и он запи­рается. Далее процесс переключения тиристоров периодически повторяется так, что токи в них представляют собой две последовательности прямоуголь­ных импульсов длительностью Т/2 и амплитудой /₀, сдвинутые относитель­но друг друга на 1/2 периода (рис. 10.51, в). При этом ток в цепи аккуму­лятораi_H= ц + i₂= 1₀ постоянный (рис. 10.51, г), а в первичной обмотке трансформатора г =w₂/w_l(i₁— г₂) со­стоит из последовательности импуль­сов разного знака (рис. 10.51, г). Напря­жение на ветви с последовательным со­единением аккумулятора и сглажива­ющего фильтра равно напряжению на вторичной обмотке трансформатора и_и = щ в интервалах времени, когда ти­ристорVSiоткрыт, а тиристорVS₂зак-

когда тиристорVS₂открыт, а тиристор VSi закрыт (рис. 10.51, Э). Переменная составляющая определяет напряжение ^с на сглаживающем фильтре, а его посто­янная составляющая — напряжение на аккумуляторе

U_Q= R_BTI₀- Е. (10.19)

Из (10.19) видно, что ток аккумулятора

/₀=(Я+U₀)/R_BT                             (10.20)

(10.21)

имеет положительное значение, если выполняется условие Е +V_Q> 0 или с учетом соотношения (10.15),

Е > — U_n= —U_m —cosa.

tv

Условие (10.21) и ограничение (10.18) определяют значение угла управления в режиме инвертирования

90° <a < 180°.                             (10.22)

иъ щ>

Рис. 10.51

При этом напряжениеU_Q< 0 и развиваемая аккумулятором мощ­ность Р = Е1₀ имеет положительное значение, а мощность цепи пер­вичной обмотки трансформатора, для вычисления которой надо опре­делить первую гармонику тока г₍₁₎ (показана на рис. 10.51, г штриховой
линией), Р = Шщcos а — отрицательное значение, т. е. сеть переменно­го тока является приемником, а аккумулятор — источником энергии.

---

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 308; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!