3.3 Расчёт внешних и регулировочных характеристик преобразователей

Внешняя характеристика неуправляемого выпрямителя

,

где R – суммарное активное сопротивление цепи; - падение напряжения в вентилях; - падение напряжения в анодных индуктивных сопротивлениях () за счёт участков коммутации вентилей (γ); - напряжение холостого хода преобразователя.

В полупроводниковых преобразователях мало, а в установках большой и средней мощности , поэтому для них

Значения падений напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях зависят от типа схемы и режима работы (однофазная, трехфазная, мостовая, нулевая и т.д.) и определяется по формулам /1, с.143-158; 2, с.98;8, с.83; 12, с.344/.

В относительных единицах (по отношению к напряжению холостого хода Uна и базисному току I нк)

где - коэффициент наклона внешней характеристики, - напряжение КЗ трансформатора; В – находится по таблицам /8, с.78/ для мостовых и /8, с.80/ для нулевых схем выпрямления, или принимается В=0,35 для однофазной схемы с нулевым выводом; В=0,7 для однофазной мостовой; В=0,5 для трехфазной мостовой; I нк – ток короткого замыкания на выходных шинах выпрямителя. Может быть определен как I нк= I кm (см. п.3.2.6.1) или по /1, с.144/ для однофазных /1, с.152/ трехфазной мостовой, /1, с.159/ шестифазной схемы выпрямления.

Методика и аналитические выражения для расчета внешних характеристик различных схем преобразователей в различных режимах представлены в /1, с.143-158; 2, с.97-100;12, с.327-344/.

Внешние характеристики управляемого выпрямителя в относительных единицах при индуктивной нагрузке

,

где α – угол регулирования преобразователя.

Методика их построения изложена в /8, с.83-85/.

Режимы работы управляемого выпрямителя, которым соответствуют различные участки и формы внешних характеристик зависят от схемы преобразователя угла регулирования (α) и угла коммутации вентилей (γ).

Методики определения и расчетные формулы для этих характеристик представлены в /1, с.142-159; 8, с.83-85/.

Регулировочные характеристики управляемых выпрямителей представляют зависимость выпрямленного напряжения от величины угла регулирования U*_н =f(d). Их форма зависит от схемы преобразователя и характера нагрузки.

Методика построения регулировочных характеристик приведена в /8, с.82-84/.

Внешняя характеристика преобразователя в инверторном режиме параллельна выпрямительному. Поэтому внешние и регулировочные характеристики рассчитываются по аналогичным методикам /8, с.85-91/.

Реверсивные преобразователи способны работать в инверторном и выпрямительном режимах, но в двух комплектных преобразователях с совместным управлением необходимо согласование групп вентилей, это сказывается на форме регулировочных характеристик, которые можно построить по методике, приведенной в /1, с.167-175; 8, с.91-95/.

3.4. Расчет энергетических показателей преобразователя

3.4.1. Коэффициент мощности χ установки может быть определен двумя способами /1, с.161/ и /12, с.350/.

Коэффициент мощности различных схем выпрямления может быть найден по аналитическим выражениям, приведенным в /1, с.159-163; 2, с.110-113;12, с.350-353/.

В общем случае он равен

где υ – коэффициент искажения формы кривой потребляемого тока, φ – угол сдвига первой гармонической составляющей тока.

Для всех преобразователей, кроме схем с нулевым выводом и мостовых несимметричных выпрямителей.

где α – угол регулирования выпрямителя; γ – угол коммутации вентилей.

Значения Cos φ можно получить по графическим зависимостям/12,с.351/.

Коэффициент искажения (υ) зависит от формы кривой тока, потребляемого преобразователем (прямоугольная, трапецеидальная и т.д.). Методика расчета изложена в /1, с.163/. Его численные значения приведены в /1,с. 161, 162, 163; 12, с.352/ и для однофазных выпрямителей (с выводом нуля, мостовой) составляет υ=0,9 трехфазной мостовой υ=0,955.

3.4.2. КПД выпрямителя характеризуется отношением активной мощности, отдаваемой в нагрузку, к полной активной мощности, потребляемой выпрямительной установкой от питающей сети.

,

где Рн – мощность, передаваемая в нагрузку.

- суммарная мощность потерь выпрямителей;

- потери в вентилях, которые определяются по методике/1, с.164; 12, с.352/; - потери в силовом трансформаторе /1, с.163; 12, с.353/; - потери мощности в сглаживающем дросселе и реакторах /1, с.164; 12, с.353/; - потери во вспомогательных устройствах (системе управления, охлаждения и т.д. ) могут быть приняты 0.5 – 3 % от Pн.

Величина падения напряжения при расчёте может быть принята =0,3-0,6 В для германиевых диодов; 0,8-1,2 В для кремниевых и 0,6-1,5 В для тиристоров; либо по их вольт-амперным характеристикам.

КПД установки, в некоторых случаях, можно рассчитать, как произведение КПД силового трансформатора и КПД выпрямительной части/12, с.353/. Обычно выпрямительные установки имеют КПД в пределах 0,7-0,9.

Список литературы:

1. Полупроводниковые выпрямители/ Под. ред. Ковалева Ф.И. Изд. 2 – е. М.: Энергия, 1978.

2. Розанов Ю.К. Основы силовой преобразовательной техники. М.: Энергия, 1979.

3. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода. М.: Энергоатомиздат,1987.

4. Силовые полупроводниковые преобразователи в металлургии: Справочник / Под. ред. С.Р. Резинского. М.: Металлургия, 1976.

5. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий / Под. ред. А.А.Федерова. Книга 2. Технические сведения об оборудовании. М.: Энергия, 1974.

6. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Том 2. Электрооборудование /Под. ред. А.А.Федерова. М.: Энергоатомиздат,1987.

7. Справочник по наладке электрооборудования промышленных предприятий / Под. ред. М.Г.Зименкова. Изд. 3-е М.: Энергоатомиздат,1983.

8. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами / Под. ред. В.И.Круповича. Изд. 3-е М.: Энергия, 1982.

9. Исаков Ю.А., Платонов А.П. и др. Основы промышленной электроники. Киев: Техника,1976

10. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. М.: Энергоатомиздат,1988.

11. Руденко В.С. и др. Основы преобразовательной техники. М.: Высшая школа,1980.

12. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. М.: Высшая школа,1982.

13. Неуправляемые кремниевые вентили ВК 2, ВК 2 ВИ ВКДЛ. Отделение ВНИИЭМ по научно-технической информации, стандартизации и нормализации в электротехнике. М.: Информстандартэнерго,1967

14. Амелин Ф.Г., Братолюбов В.Б. и др. Кремниевые вентили. М.:Энергия,1968.

15. Давидов П.Д. Анализ и расчет режимов полупроводниковых приборов. М.:Энергия,1971.

16. Силовые полупроводниковые преобразователи в металлургии: Справочник / Под. ред. С.Р. Резинского. М.: Металлургия, 1976

17. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник / Под. ред. В.М.Перельмутера. М.: Энергоатомиздат,1988.

18. Глух Е.М., Зеленов В.Е. Защита полупроводниковых преобразователей. М.: Энергия, 1970.

19. Слежановский О.В. Реверсивный электропривод постоянного тока. М.: Металлургия,1967.

20. Замятин В.Я. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник. М.: Радио и связь,1987.

План 2003

Цинкер Эрнст Борисович

информационное право

методические указания

Редактор М.К. Ермолова

Технический редактор Г.А. Соколова

Корректор Т.И. Комиссарова

Изд. лиц. №01439 от 05.04.2000 г. Подписано в печать ………2003 г.

Формат бумаги 60х84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная.

Усл. печ. л. …… Уч. изд. л. …… Тираж ……… экз. Заказ ………

Сибирский государственный индустриальный университет