MU_k_PZ_SE

дополнительные цепи заряда конденсатора или цепи отвода от коммутирующего узла избыточной энергии. По выбранной величине U(0) рассчитывают коэффициент ε = (U(0) + Eк) / U(0) = 2, используемого коммутационного узла.

Элементы коммутационного узла рассчитывают на предельный (критический) режим работы, характеризующийся наименьшим значением угла β. Этому режиму обычно соответствует наибольший ток и наименьшее напряжение источника питания . Параметры критического режима учитывают коэффициентом Хкр,

который выбирают исходя из амплитуды тока

,

для этого режима

(

).

Для узлов параллельной коммутации:

;

.

Для узлов последовательной коммутации:

√

;

√(

)

;

.

√(

)

Выбор

больших значений

, для узлов

принудительной

коммутации нецелесообразен из-за рода потерь мощности в коммутирующем тиристоре, конденсаторе, активных сопротивлениях коммутирующего дросселя и соединительных проводах. Поэтому

отношение		для критического режима принимают равным 1,1…3.
При этом	следует отметить, что с ростом отношения

уменьшается время перезаряда конденсатора в коммутационном узле. В инверторах с невысокой частотой следования выходных

импульсов (f = 50…100 Гц) длительность интервала коммутации занимает незначительную часть периода следования выходных импульсов. Поэтому в таких инверторах целесообразно применить

= 1,1…1,3.

При повышенной частоте следования выходных импульсов (f > 100 Гц) становится актуальной задачей сокращения времени перезаряда конденсатора в коммутирующем узле. В этом случае

31

можно принять				= 2…3. По выбранному для критического
режима значению					рассчитывают коэффициент Xкр, а затем и
характеристическое			сопротивление контура коммутации:
										.
Далее по значению							и выражению для угла запирания β
соответствующего коммутационного узла находят угол
критического режима,				а по известному времени						используемых
тиристоров с учѐтом необходимого запаса – угловую частоту:
(					), где =1,3…1,5 – коэффициент запаса.
По значениям				и		определяют параметры коммутирующего
узла:
									;
						(			) .
Проведѐм расчѐт элементов узлов коммутации со следующими
данными:			;							( )

30.Определяем коэффициент ε

( )	.

31.	Принимаем:
							.
32.	Коэффициент нагрузки:
									√		.
				√(				)

33.Волновое сопротивление коммутирующего контура:

.

34. Угол запирания

√

√

.

√

√

35.Собственная угловая частота контура коммутации

рад/с.

36.Ёмкость коммутирующего конденсатора

.

37.Индуктивность коммутирующего дросселя

32

.

Рисунок 10 – Принципиальная схема инвертора.

Задание Рассчитать инвертор с двухступенчатой пофазной коммутацией.

Исходные данные: линейное напряжение на нагрузке		; активное
сопротивление нагрузки	; индуктивность нагрузки	;

выходная частота f приведены в табл. 1; напряжение источника питания ; трансформатор инвертора выполнен по схеме Y/Δ.

Таблица 6 – Расчетные данные

№				f, Гц
варианта
1	127		100	100
2	380		120	120
3	220		200	300
4	380		400	500
5	127		350	440
6	127		250	320
7	220		120	490
8	380		140	150
9	380		320	250
10	380		110	310
11	380		220	300
		33

12	380	330	100
13	380	110	120
14	127	380	300
15	127	170	500
16	220	260	440
17	127	370	320
18	127	140	490
19	380	190	150
20	127	400	250

34

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №5

Расчет токоограничивающих реакторов

1.Общие положения

Реактор — это статическое электромагнитное устройство, обладающее индуктивностью. Термин реактор применяется в электротехнике и силовой электронике. В слаботочной электронике и радиотехнике то же устройство называется дросселем. Так одно и то же устройство, имеющее оно и то же назначение, получило различные названия. В дальнейшем будем пользоваться термином реактор независимо от мощности устройств. Во всех применениях реакторов используется их главное свойство — индуктивность. Реакторы могут применяться в совершенно разных цепях, решать разные задачи. Ниже будут рассмотрены только реакторы, применяемые в устройствах силовой электроники.

По конкретному назначению и решаемым задачам преобразовательные реакторы делятся на:

а) токоограничивающие реакторы, применяемые на стороне переменного тока для ограничения амплитуды тока и скорости его нарастания в аварийных режимах;

б) сглаживающие реакторы, применяемые в сглаживающих фильтрах на стороне постоянного тока для уменьшения пульсаций тока и ограничения скорости нарастания тока в аварийных режимах;

в) уравнительные реакторы, применяемые для обеспечения параллельной работы групп вентилей, включенных на общую нагрузку;

г) уравнительные реакторы, применяемые для ограничения уравнительного тока, протекающего в реверсивных преобразователях между встречнопараллельно включенными вентильными комплектами, работающими в разных режимах (выпрямительном и инверторном);

д) помехоподавляющие реакторы, входящие в состав высокочастотных фильтров, применяемых для ограничения радиопомех, генерируемых преобразователями и распространяемых по проводам в питающую и приемную сеть;

е) насыщающиеся реакторы, включаемые для задержки нарастания тока через вентиль.

По конструкции и свойствам реакторы делятся на:

а) линейные, воздушные (без магнитопровода). Применяются в качестве токоограничивающих реакторов на стороне переменного тока и сглаживающих реакторов на стороне постоянного тока, а также в качестве помехоподавляющих ;

35

б) линейные (условно линейные) с ферромагнитным сердечником, имеющим воздушный зазор. Применяются в качестве токоограничивающих реакторов на стороне переменного тока и сглаживающих реакторов на стороне постоянного тока, а также в качестве помехоподавляющих;

в) нелинейные с ферромагнитным сердечником без воздушного

зазора. Применяются в уравнительных и насыщающихся реакторах.

Рисунок 11 – Схема замещения трансформатора, приведенная к первичной стороне (а), ее упрощение (б) и упрощенная схема, приведенная к вторичной стороне (в)

Основные параметры реакторов:

Lном - номинальная индуктивность реактора;

Iном — номинальный ток (постоянный или переменный в зависимости от назначения);

R — активное сопротивление обмотки при 40°С.

Для сглаживающих реакторов дополнительно указываются потери в

36

меди при номинальном постоянном токе Рм.

Для токоограничивающих реакторов дополнительно указывается номинальное напряжение Uном.

Иногда для токоограничивающих реакторов аналогично трансформаторам вводится понятие типовая мощность реактора Sp

Sp = Uном Iном .

Схема замещения токоограничивающего реактора соответствует упрощенным схемам замещения трансформатора (см. рис. 11 б — в). Для обеспечения защиты преобразователя индуктивность токоограничивающего реактора должна быть равна индуктивности рассеяния трансформатора соответствующей мощности.

Для обеспечения токоограничения индуктивность реактора не должна уменьшаться с ростом тока, поэтому часто токоограничивающие реакторы выполняются без ферромагнитного сердечника.

Сглаживающие реакторы должны сохранять индуктивность в условиях, когда через них проходит пульсирующий ток. При этом обычно амплитуда пульсаций значительно меньше постоянной составляющей тока. На рисунке 12(а) показано, по каким гистерезисным циклам перемагничивается магнитопровод сглаживающего реактора при разных значениях постоянной составляющей протекающего через него пульсирующего тока. При амплитуде пульсаций тока Imax возникают пульсации потокосцеплений амплитудой Ψmax. Видно, как меняется наклон циклов перемагничивания, а, следовательно, и магнитная проницаемость материала сердечника и индуктивность реактора, так как

. Для уменьшения изменения индуктивности при изменении постоянного тока в магнитопровод вводят «воздушный» зазор (обычно его роль выполняет немагнитная прокладка из диэлектрика). На рис. 12 (б) показано как меняется индуктивность реактора при изменении тока и разных величинах воздушного зазора δ. С ростом зазора зависимость индуктивности от тока уменьшается, но одновременно уменьшается и ее величина. При конструировании реактора выбирают оптимальный зазор.

Где применяются реакторы в преобразователях указано в классификации, приведенной в начале параграфа, но более понятным это станет к концу изучения курса. Поэтому тогда стоит еще раз прочесть этот параграф.

37

Рисунок 12 - Циклы перемагничивания магнитопровода сглаживающего реактора при разных значениях пульсирующего тока (а) и зависимости индуктивности реактора от величины выпрямленного тока и

длины воздушного зазора (б)

2 Цель и программа работы

Цель работы - ознакомиться с методикой расчета элементов трехфазного выпрямителя.

Программа работы:

1.Ознакомиться с устройством, назначением и основными параметрами токоограничивающего реактора.

2.Ознакомиться с основными положениями расчетов токоограничивающего реактора.

3.Методика расчета элементов токоограничивающего

реактора

Магнитные цепи – часть электротехнического устройства, состоящая из источников, возбуждающих магнитное поле (постоянные магниты, катушки индуктивности), и магнитопроводов, предназначенных для концентрации магнитного поля в определенной части пространства.

Магнитопроводы выполняются из ферромагнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью, величина которой зависит от режима работы магнитной цепи. Магнитные цепи нелинейны.

38

		Расчет магнитных цепей удобно выполнять, используя аналогию
между характеристиками магнитных и электрических цепей.
		Х-ка магнитной цепи.				Аналоговая х-ка
						электрическая величина цепи.
		МДС, Iw [A]			=>	ЭДС, Е [B]
		магнитный поток Ф [Вб]				I [A]
					=>
		магнитное			=>	электрическое
сопротивление
							R		Ом
						сопротивление
			1					S
RM
		0S
			Ом С

магнитное напряжение=>
U	M	R	M	Ф Н А

электрическое напряжение U R I B

Познакомимся с алгоритмом решения целевой задачи.

Обычно заданы параметры участков магнитопровода, длина l , площадь сечения S , кривая намагничивания, материал магнитопровода В(Н), а также одна или несколько магнитных величин, характеризующих режим магнитной цепи: магнитный поток Ф, магнитная индукция В, напряженность магнитного поля Н.

Алгоритм решения

1.Проставить условно-положительные направления токов на катушках индуктивности и магнитных потоков в магнитопроводе.

2.Выделив в заданной магнитной цепи участки с различными веберамперными характеристиками, представить данную магнитную цепь в виде аналоговой электрической схемы замещения, воспользовавшись аналогией между магнитными и электрическими величинами. Рекомендуется сохранить на аналоговой электрической схеме обозначения магнитных величин.

3.Построить вебер-амперные характеристики всех участков магнитопровода.

Если задана кривая намагничивания материала магнитопвода В(Н), то для

получения вебер-амперной характеристики определить Ф В S	и
U M H l.

Магнитное сопротивление воздушного зазора формуле

39

определить по

где

R		l	0				,
				S
							0

		4 10	7	Гн	.
	0			М

4. Определить режим заданной магнитной цепи путем расчета полученной аналоговой электрической схемы замещения, используя методы и технику расчета нелинейных электрических цепей постоянного тока.

Пример решения задачи №1

Дано:

МДС катушек

I		2000AB;
1	1

I		2	1000AB;
2

параметры магнитопровода

L=0,2м;			S
			1
S		0,1м		2
	2

0 ; l

2	;
,005м
5мм		2

.

Кривая намагничивания материала магнитопровода В(Н) задана в табл. 7.

Таблица 7 – Кривая намагничивания

В, Тл	0,5	1,0	1,5	1,8	2,0	2,0
Н, А/м	0,2·103	0,5·103	1,0·103	2,0·103	3,0·103	4,0·103

Найти магнитный поток в магнитопроводе.

Решение задачи

1.Выберем и обозначим на схеме условно-положительное направление магнитного потока Ф. Направления токов в катушках заданы.

2.В заданной магнитной цепи выберем три участка с различными вебер-амперными характеристиками (длины участков определяем по средней линии магнитопровода).

1-й участок 1-2-3-4 длиной l 3l 0,6м и сечением S1 0,05м2 , 2-й участок 1-4 длиной l2 l l 0,2м, и сечением S2 0,1м2 ,

40