"Основы преобразовательной техники" (стр. 12 )

4. Работа выпрямителей на противо-ЭДС

Рассмотрим влияние противо-ЭДС на электромагнитные процессы в схеме выпрямителя на примере однофазной схмы со средней точкой, в цепь постоянного тока которой включена аккумуляторная батарея с ЭДС Е0 и внутренним сопротивлением Rd (рис.5,а).

Рис.5. Выпрямитель с противо-ЭДС: а – схема, б – диаграммы напряжения и тока

Предположим, что ключ замкнут, т. е. индуктивность отсутствует. В этом случае ток в нагрузке начинает протекать, когда мгновенное значение выпрямленного напряжения превышает ЭДС (рис.5,б), так как только при этом условии к вентилям схемы будет приложено прямое напряжение, и они будут проводить ток.

Ток id, протекающий в этом случае в цепи нагрузки, можно выразить следующей формулой, приняв за начало отсчета максимум выпрямленного напряжения:

(10)

Очевидно, что интервал проводимости вентилей будет зависеть от соотношения амплитуды напряжения вторичной обмотки трансформатора и противо-ЭДС . Тогда интервал проводимости вентилей можно записать в виде

.

Учитывая, что отсчет ведется от максимума выпрямленного напряжения, можно записать

(11)

или

.

Подставляя (11) в (10), получаем следующее выражение для мгновенного значения тока в нагрузке:

.

Среднее значение выпрямленного тока (постоянную составляющую) можно определить из соотношения

(12)

Для схемы -фазного выпрямителя уравнение (12) принимает вид

(13)

где – амплитуда фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Если в цепь постоянного тока включена индуктивность (ключ разомкнут), то пульсация выпрямленного тока уменьшается и при становится равной нулю. В этом случае можно записать

,

где – среднее значение выпрямленного напряжения из регулировочной характеристики.

Пример. Рассчитать интервал проводимости и среднее значение тока вентилей неуправляемого выпрямителя, выполненного по однофазной схеме со средней точкой и работающего на противо-ЭДС.

Исходные данные следующие:

  действующее значение напряжение вторичной полуобмотки трансформатора ;

  противо-ЭДС в цепи постоянного тока ;

  внутреннее сопротивление источника противо-ЭДС ;

  индуктивность в цепи постоянного тока Ld=0.

Определим по (11) угол отсечки вентилей :

.

Тогда интервал проводимости вентилей

.

Среднее значение выпрямленного тока

.

Среднее значение тока вентиля равно

.

Лекция No 9

Выбор согласующего трансформатора и вентилей

1. Примерный порядок проектирования схем преобразователей с естественной коммутацией

Для проектирования требуются следующие исходные данные:

напряжение, частота и мощность КЗ в сети переменного тока; напряжение на стороне постоянного тока и необходимый диапазон его изменения; преобразуемая мощность; некоторые дополнительные данные – пульсации выпрямленного тока или напряжения, содержание гармоник тока на стороне переменного тока, коэффициент мощности и т. п.

При проектировании должны быть выполнены следующие расчеты [1, 2]:

после того как выбрана наиболее подходящая схема преобразователя, определяется действующее значение напряжения вентильной (вторичной) обмотки преобразовательного трансформатора, исходя из требуемого наибольшего значения выпрямленного напряжения; вычисляются действующие значения токов в обмотках преобразовательного трансформатора, производится расчет его мощности и выбирается из каталога ближайший по мощности;

Замечание. При некоторых схемах преобразователей в вентильных (вторичных) обмотках преобразовательного трансформатора, например в трехфазной нулевой схеме, протекают токи только в одном направлении, т. е. пульсирующие токи. Это может привести к нарастанию некомпенсированной намагниченности стержней магнитопровода трансформатора. Лучше избегать схем, при использовании которых возможны такие явления. Если же такое решение все-таки необходимо, то должны быть приняты меры по уменьшению неблагоприятного влияния пульсирующей нагрузки, например, следует ввести третичные обмотки и т. п.

вычисляются действующие и средние значения токов в каждом элементе преобразователя; вычисляются напряжения на вентилях преобразователя и по каталогам (фирменным) производится выбор полупроводниковых приборов с полной эксплуатационной информацией; определяется коэффициент мощности и содержание высших гармоник тока на стороне переменного тока преобразователя, считая сетевое напряжение синусоидальным; коэффициент мощности определяется с учетом содержания высших гармонических тока:

,

где - коэффициент искажения, равный отношению действующего значения тока основной (первой) гармоники к действующему значению всего тока, - угол сдвига фазы основной (первой) гармоники тока относительно напряжения;

определяется содержание гармоник высших токов и напряжения в цепи постоянного тока (в нагрузке); определяется тип фильтра и его параметры; определяются параметры защитных устройств и устройств, обеспечивающих заданные режимы работы преобразовательной установки.

2. Выбор трансформатора

Трансформатор на входе вентильного преобразователя – это согласующий элемент, устройство гальванической развязки и дополнительное устройство защиты полупроводниковых приборов [3].

Параметрами, определяющими выбор трансформатора, обычно являются расчетные значения фазных напряжений () и токов во вторичной и первичной обмотках трансформатора и типовая мощность .

1. Трансформатор, как согласующий элемент, служит для согласования напряжения, подводимого из сети, с напряжением, необходимым для нормальной работы нагрузки.

При определении величины необходимого фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора () возникают трудности, связанные с тем, что в начальной стадии проектирования оказываются неизвестными многие падения напряжения в отдельных элементах преобразователя. В этом случае расчет приходится вести следующим образом. Сначала ориентировочно задаются возможными падениями напряжения в различных элементах преобразователя и определяют необходимое фазное напряжение во вторичной обмотке трансформатора. А затем, после того, как будут выбраны все элементы силовой цепи преобразователя, величина уточняется.