Рис. 2.122. Диаграммы работы мостового выпрямителя (к задаче 2.61).

Решение. Поскольку токи вентильных обмоток переменные, токи сетевых обмоток будут иметь средние значения, равные нулю без какой-либо компенсации односторонней МДС, а кривые фазных токов сетевых обмоток идентичны кривым токов вентильных обмоток. Это подтверждается решением соответствующих уравнений.

а) При Wp-Ws-w для схемы да рис. 2.121 получим следующие уравнения:

fo=w(i i-tj>i); Fd=a;(42-рг);

S p.- = p. + /;= + p 1=1

= 0.

Решая эти уравнения, получаем:

/3 3

2 si-2 hi \(=\ 1=1 .

3Fo = w

= 0,

так как

2 isi = Id~Id=-G.

Следовательно, f0=0, И

tpi= si;

/p2==s2;

6) В трансформаторе, обмотки которого соединены по схеме треугольник - звезда , фазные токи такие же, как в случае а , а токи в сети в соответствии с рнс. 2.117 равны:

Ф1=1р1-1рз;

iii)2==p2-ipi;

На рис. 2.122 показаны соответствующие кривые, Порядок вычисления расчетной мощности трансформатора приведен ниже, подробные вычисления предлагается выполнить читателям.

Параметры

Схема

звезда - звезда

соединений:

треугольник - звезда

2,34

Ud 2,34

2,34

2,34

2,34 2,34

2,34

1,05Ра о том, что

при этих

2,34 d

S 1,05Ра

Полученные результаты свидетельствуют двух схемах соединений расчетные мощности траисформаторов незначительно превыщают мощность нагрузки.

Задача 2.62. Выпрямитель со схемой соединений ЗФ2Н6П работает через сглаживающий реактор с Ldoo на активную нагрузку (рис. 2.123). Построить кривые токов сетевых обмоток, если магнитная система трансформатора линейна, а коэффициент искажения формы кривой напряжения источника питания равен нулю.

Решение. Токи сетевых об-votok определяются напряжением источника питан^1я, группой соединения обмоток трансформатора, формой кривой намагничивания и токами вентильных обмоток. Относительно последних можно сказать следующее.

Влияние источника питания и( приводит к появлению токов ну левой последовательности в вен тильных обмотках, соединенных в треугольник, поскольку по уело- Рис. 2.123. Трехфазный мосто-рию напряжение источника пита- вой выпрямитель со схемой со-ния представляет собой напряже- единений обмоток трансфор-ние основной частоты и не содер- матора звезда - треугольник ЖИТ Бысщих гармоник, а кривая , (задача 2.62),

намагничивания трансформатора линейная. В установившемся режиме через обмотку, соединенную в треугольник, яе может протекать постоянный ток, так как в цепи отсутствует генератор постоянного тока, который бы его поддерживал, а переходная составляющая постоянного тока, если она возникает, затухает благодаря активным сопротивлениям обмоток, которые не равны нулю. Из изложенного выше следует, что токи вентильных обмоток определяются исключительно работой вентилей.

Рнс. 2.124. Распределение токов прн соединении вентильных обмоток в треугольник (к задаче (2.62).

Л

I 1 I г I JS I t /

s I 6

vz

Id

V5

(lit

J Фи zpu

Л Г

I wt

I (Ut

Рнс. 2.125. Диаграммы работы выпрямителя по схеме на рнс. 2.123.

Поскольку в токах 1ф1, /ф^ н 1фз могут содержаться только гармоники с номерами n=±cp-hl (с=0, 1, 2, ...; р=6), гармоники тока с номерами, кратными трем, не могут появиться ни в этих токах, ни в токах вентильных обмоток. Следовательно, выпрямитель также не генерирует токи нулевой последовательности. В токах сетевых обмоток тоже не могут содержаться составляющие тока нулевой последовательности, поскольку нейтраль не выведена.

Отсюда видно, что и токи сетевых обмоток, и токи вентильных обмоток имеют только составляющие прямой и обратной последовательностей. Следовательно, может появиться компенсирующая МДС к каждой составляющей МДС и не может появиться односторонняя МДС нулевой последовательности:

fo=0

н

Ёоспользовавшись уравненййМН

iiS>i-isi-\-is2;

1ф2 - 1г2-is3,

1ф1Ч-гф2+1фз=0,

получим (рис. 2.124):

2 1

pi si = ~з ф| + з фа!

, 2 . 1

ра - sa ~ 3 фа Ь 3 фв!

2 . 1 ,

ps = ss = ~з фз + ~ ф1-

Результаты показаны на рис. 2.125.

2.5. ЗАДАЧИ СМЕШАННОГО ТИПА

Задача 2.63. Определить параметры выпрямительного устройства, предназначенного для питания гальванической ванны. Дано: /iiHOM=4000 А, l/(iH0M=15 В, напряжение источника питания г/м.ф.ном=ЗХ380 В (-1-2%, -5%), f=50 Гц, мощность КЗ сети Sk= 2 MB-А, длина каждой шины на стороне вентильной обмотки /ь^2,5 м, длина каждой шины на стороне постоянного тока Zd = =5 м. Характеристики диодов: допускаемое повторяющееся обратное напряжение 350 В, падение напряжения при номинальном токе Lnp=l,2 В. Номинальное среднее значение тока при прямоугольных импульсах тока шириной 120° и принудительном воздушном охлаждении равно /ф.ном=200 А, коэффициент надежности, учитывающий неравномерное распределение тока в параллельно соединенных диодах, 6=1,2.

Решение. Поскольку выходное напряжение низкое, а токи значительные, необходимо выбрать схему соединений, содержащую несколько коммутационных групп, соединенных параллельно. Примем шестипульсную схему соединений с уравнительным реактором. Схема соединений обмоток преобразовательного трансформатора треугольник - две звезды .

Из табл. 2.2: выпрямленное напряжение Ud=l,l7Ue, расчетная мощность трансформатора 5тр=1,26Рл, действующее значение тока сетевых -обмоток /р=0,408/й (для коэффициента трансформации 1:1). В рассматриваемой схеме действующее значение напряжения на одной полуобмотке уравнительного реактора и дей-

ствующее значение тока уравнительного реактора Iyp-Id/2, число коммутационных групп, работающих последовательно, s=l, число коммутационных групп, работающих параллельно, g=2, число пульсаций в каждой коммутационной группе р=3.

Число параллельно соединенных диодов в одной ветви

S-eP 1.2 -

Номинальное напряжение XX вьшрямителя можно вычислить, сложив номинальное выпрямленное напряжение и падения напряжения на элементах схемы:

где KUxtm UxTv и Af/jcm - падения выпрямленного напряжения вследствие коммутаций в выпрямителе, обусловленных индуктивно-стями сети переменного тока, трансформатора и шин на стороне вентильных обмоток при номинльном токе; Д{/лмф, Д^/лтр, ДГ/вш и Д{/дй - падения напряжения на активных сопротивлениях трансформатора, шин иа стороне вентильной обмотки и шин постоянного тока при номинальном токе; Д{/мф - снижение выпрямленного напряжения вследствие отклонений напряжения в сети переменного тока; Uun - падение напряжения на диоде.

Падения напряжения, вызванные коммутациями в выпрямителе, могут быть вычислены по общей формуле:

где X - реактивное сопротивление, отнесенное к вентильной обмотке. Численные значения AUx вычисляются следующим образом:

X Р d

Подставив ч!исленные значения р=3, g-2, Us~Vd/i,i7 и Pd= -Id/Id, получим:

Xмф=023-Ud.

Для трансформатора

Р 1± Р^1±. His.

хтр- 2л g -р- 2к g х Srp

Подставив численные значения и заменив Pd/tp- \ 25 зайдем:

tlJ = G,Abbe + Ud.

Для шин

2 -JL*J=~

где L*m - индуктивность на единицу длины шины. Подставляя р-3, g~2 и f=50 Гц, получаем:

AVxm=7bIdL*mlm.

Вычислим падейия напряжений на активных сйпротйвленнях: Сеть:

что верно для мощных устройств. Для трансформатора

Подставив численные значения, получим:

А{/лтр=1.74ел{;й. Для шин на стороне вентильных обмоток

т. е. ДС/лш=/йР*ш/ш.

Для шин постоянного тока

Здесь R*m и R*d - активные сопротивления на единицу длины шины на стороне вентильной обмотки и шины постоянного тока выпрямителя.

Снижение выпрямленного напряжения вследствие отклонений напряжения в сети переменного тока

где ймф=0,05 - относительное отклонение напряжения в сети. Далее в расче ах воспользуемся следующими данными:

L*m=l мкГн/м; R*p==4-10-> Ом/м и R*d~10- Ом/м. Обозначив

x.p = -TJ7 = o.45u:

уравнение напряжения может быть представлено в виде: Ud = f-dHOM + Ud (dx + rf,p + dj + < ф) +

Ud.o + Шхш + + Rd + пр

Для вычисления Ud воспользуемся методом последовательных приближений.

Первое приближение

Зададимся i/<j==20 В, тогда Pd=Udtd=80 кВт, 5тр=1,2бРй= = 100,8 кВ-А.

8-9 ИЗ

Для трансформатора такой мощности

ejs:=0,07 и ев=0,02,

тогда

At;jtm=75/<jL*m/m=75-4000-10-=-2,5=0,75 В;

А1/рш=/<1 *ш/ш=4000-4-10-=-2,5=0,4 В;

AURi=2IaR*dId=2 4000 10--5=0,4 В; р. 80-10°

drp = 0,4156; = 0,415-0,07 = 0,0291; dRip= l,74e;j= 1,7.0,02= 0,0348. Подставив численные значения, получим: V 15-Ю,75 + 0,4-Ю,4+1,2 17,75

d- 1- (0,0209+ 0,0291 +0,0348 + 0,05) 0,8652 Второе приближение

Uu=20,S2 В; Pd=f/d/d=82,08 кВт; 5тр<=1,26Рй=103,4 кВ-Л;

хш = 0.523- = 0,523 = 0,0215;

t;.-0 15+0,75 + 0.4+0.4+1.2

ud - u,ozu i (0,0215 + 0,0291 + 0,0348 + 0,05) -

- = 20.53 В.

~ 0,8646

Ожидаемое действующее значение напряжения на вентильной обмотке на фазу трансформатора при XX и наименьшем напряжении в сети

VsMvsa- j,i7 =17,55 В.

При номинальном напряжении сети оно будет:

. 5мин 17.55 t oM= 1- ф = 0Ж~ =

Максимальное значение иапряжения на вентильной обмотке

f/sMaKC=l,02f;sBOM=18,84 В.

Максимальное значение обратного напряжения диода при работе уравнительного реактора

Г^обр.макс = 2 VWUsnoM = 46,3 В, и когда уравнительный реактор не работает,

.макс -

22t;sHOM=53.5 В.

Таким образом, выбранные диоды пригодны по значению обратного напряжения.

Трансформатор должен иметь следующие технические характеристики.

Расчетная мощность 5тр=103,4 кВ-А. Коэффициент трансформации

f/мф.

ном

тр=7=7-=11,89.

с Фазный ток вентильной обмотки id 4000

Фазный ток сетевой обмотки

\ . 0,Ш1а 0,408-4000

а iTJ89-= 137,26 А.

Технические характеристики уравнительного реактора должны быть следующие.

Действующее значение тока обмотки

/yp = -j- = 2000 А.

Действующее значение напряжения одной полуобмотки

Расчетная мощность при частоте 150 Гц

Syp=2t;yp/vp=2-4,71-2000=18,84 кВ-А, Наибольший ток намагничивания уравнительного реактора [5]

Vhbm -0,19 ,

где Lyp - индуктивность уравнительного реактора.

Считается, что этот ток должен составлять 20% номинального тока, т. е.

0, 2/ 8

/ур.адм= =0,l/d.

Индуктивность уравнительного реактора

=lV =

Используя данные задачи, получаем 1 Q.18 84

j. Lyp=2.t-150 =9,5-10- Гн = 9,5 мкГн.

Задача 2.64. Определить индуктивность Lyp уравнительных реакторов реверсивного преобразователя с естественной коммутацией, питающего реверсивный привод постоянного тока (рис. 2.126,а), при условии, что допустимое среднее значение уравни-8* 115

тельного тока равно 2,57о максимального тока нагрузки. Дано: {/,=235 в, f=50 Гц, ;й=1000 а, Ld<x>, Rd=0,l Ом.

Потоком рассеяния трансформатора, активным сопротивлением шинопроводов и реакторов, а также падениями иапряжения на вентилях можно пренебречь. Предполагается, что сеть имеет неограниченную мощность.

Решение. Реверсивный преобразователь состоит из двух трехфазных мостов, соединенных встречно-параллельно. Для того чтобы

Рис. 2.126. Схема (а) и коммутационные группы (б) преобразователя, питающего реверсивный привод (к задаче 2.64).

избежать КЗ на выводах постоянного тока между мостами, система управления должна обеспечивать выполнение условия

Udi-\-Ud2=0 (при cosai=-созог).

Следовательно, ai=n-Ог, или, подставив a?=n-Рг, получим ai=P2.

Равенство средних значений напряжений на двух мостах не означает равенства мгновенных значений этих напряжений. Разность между мгновенными значениями напряжений вызывает появление уравнительного тока между двумя мостами. Для того чтобы ограничить его в допустимых пределах, применяют уравнительные реакторы.

Каждый мост можно разделить на два выпрямителя со схемами соеднисний ЗФШЗП. Каждый из этих выпрямителей представляет собой коммутационную группу, работающую независимо от всех других коммутационных групп (рис. 2.126,6). Уравнительные токи iypi и 1ур2 не заввсят друг от друга, Рассмотрим, как находится ток iypi.

Напряжение Uypi, вызывающее уравнительный ток iypi. зависит от напряжения Uu коммутационной группы Тц-Т12-Tis и напряжения 21 коммутационной группы Тц-T22-T2S следующим образом:

Р1= 11- (- 21) = 1 l+ 2I.

Здесь 11 равно составляющей напряжения положительной полярности Udi (жирная линяя и стрелка на верхнем графике рис. 2.127), а - 21 равно составляющей напряжения положительной

Рис. 2.127, Характерные диаграммы работы преобразователя с двумя мостами, соединенными встречно-параллельно при угле управления а=30° (к задаче 2.64).

полярности - й2 (жирная линия и стрелка на втором сверху графике рис. 2.127). На рис. 2.127-2.130 приведены кривые выходных напряжений мостов *, напряжения урь обусловливающего уравнительный ток, и уравнительного тока iypi для различных углов управления. Предполагается, что мост / работает в выпрямительном режиме, а мост 2-в инверторном. Стрелки на рнс. 2.126 показывают положительные направления напряжения.

Рассмотрим напряжения на уравнительных реакторах в диапазоне углов управления 0°<а<90. Этот диапазон можно разделять еще на две части. При углах управления 0°<а<60° уравнительный ток состоит из прерывистых импульсов тока, а при углах управле-

* На рис, 2.127-2,130 напряжения d, и й2 равны суммам отрицательных и положительных ординат. {Прт- ред.)