Повышение технических характеристик электрической передачи переменного тока, страница 21

     Другим способом увеличения к. п. д. АИН является перевод коммутирующих дросселей из цепи постоянного в цепь переменного тока, например, последовательно с ком­мутирующими конденсаторами. При этом, имеют место значительные скорости нарастания напряжения   на тиристорах и увеличение напряжения на элементах его силовой цепи с ростом тока нагрузки.

     При наличии выходного трансформатора зажимы переменного напряжения МОД подключают к отпайкам его пер­вичных обмоток, что обеспечивает возврат накопленной в дросселях в период перезаряда конденсаторов энергии к источнику питания.

     Расчет силовых цепей АИН включает в себя два этапа. На первом этапе определяют величину действующего зна­чения выходного напряжения и тока АИН и его гармони­ческий состав, средние и действующие значения тока эле­ментов силовой цепи, максимальные значения напряжений на элементах силовой цепи, а также величину тока  в ли­нейных тиристорах к началу процесса коммутации. На ос­новании этих данных выбирают тип и основные парамет­ры тиристоров.

На втором этапе на основании составления и решения уравнений, связывающих условия выключения тиристоров в процессе коммутации с параметрами элементов УПК и на­грузки, по известному току  выбирают параметры элемен­тов УПК, используя параметры выбранных на первом эта­пе тиристоров, приведенные в каталогах .

     Анализ электромагнитных процессов в АИН проводят при следующих допущениях: вентили — идеальные ключи; пульсации напряжения на входных зажимах АИН равны нулю; нагрузка АИН — активно-индуктивная; моменты включения линейных тиристоров соответствуют алгоритму переключения.

     Как было отмечено выше, в АИН используют алгоритмы переключения линейных тиристоров с , равной 180°, 150° и 120°.

При  и соединении нагрузки в звезду кривая выходного фазного напряжения АИН, например, для фазы А нагрузки имеет вид, представленный на рис. 4.7, б; дей­ствующее значение этого напряжения

С учетом того, что  на интервалах времени  и  на интервале вре­мени , получим:    

     Гармонический состав кривой выходного фазного на­пряжения можно получить, представив ее в виде суммы трех кривых, тогда мож­но записать:

     Используя операторный метод, запишем, например, изо­бражение для составляющей в виде:

     Записывая оригинал изображения напряжения  в виде гармонического ряда, получим:

где — порядковый номер гармонической.

     Тогда, учитывая сдвиг по фазе между ,  и  и то обстоятельство, что в сум­марной кривой отсутствуют гармоники с порядковым но­мером, кратным трем, запи­шем выражение для мгновен­ного значения кривой выход­ного фазного напряжения АИН:

    

     Мгновенное значение фазного тока асинхронного тягово­го двигателя, питающегося от АИН, можно получить, ис­пользуя соотношение (4.6) и свернутую Т-образную схему замещения двигателя:

где  и  — соответственно активное сопротивление и индуктивность фазы двигателя по схеме за­мещения;

     Угловая частота:

     Действующее значение тока фазы нагрузки можно опре­делить либо на основании соотношения (4.5), либо исполь­зуя выражения для токов по интервалам полупериода тока нагрузки . Получены выражения для тока нагрузки АИН  в виде:

     Тогда выражение для действующего значения тока фа­зы А нагрузки при соединении нагрузки в звезду запишем следующим образом:

     Используя соотношения (4.8)  и диаграмму рис. 4.7, б, получим соотношение для определения тока на входе АИН:

Активная мощность нагрузки при принятых допущениях где величину определяют по соотношению (4.10).

     Полная мощность нагрузки:

     Коэффициент мощности нагрузки:

     Особенностью трехфазных статических преобразователей является то обстоятельство, что при определенных парамет­рах нагрузки реактивный ток нагрузки полностью обмени­вается между ее фазами, не проходя через источник пита­ния. В то же время при уменьшении коэффициента мощно­сти нагрузки все большая часть реактивного тока нагрузки переходит в источник питания.

     Как правило, в тяговых электроприводах АИН подклю­чают либо к выпрямителю, либо к импульсному регулятору постоянного напряжения. В этом случае на входе АИН ус­танавливают конденсатор , предназначенный для потреб­ления реактивного тока нагрузки и демпфирования возможных перенапряжений. Емкость этого конденсатора при до­пущении, что через конденсатор протекает постоянная со­ставляющая тока нагрузки, находят по соотношению:

где   — пульсация напряжения  на входе    инвертора;

     Средние и действующие значения токов линейных тири­сторов и обратных диодов можно получить, интегрируя ток фазы нагрузки в пределах, соответствующих интервалам проводимости этих вентилей.

     Для линейного тиристора получим:

среднее значение тока

действующее значение тока

где    — угол сдвига по фазе между напряжением и то­ком нагрузки.

Величину угла  находят но соотношениям:

     Аналогично для токов обратных диодов запишем:

     Ве­личина и форма кривой выходного напряжения существенно зависит от параметров нагрузки, т. е. от .

Для того, чтобы устранить эту зависимость, необходимо использовать такие алгоритмы переключения линейных тиристоров, при которых на каждом интервале периода кри­вой выходного напряжения в проводящем состоянии нахо­дятся три линейных тиристора. Принципиально такую воз­можность дает применение в АИН широтно-импульсного регулирования уровня и частоты выходного напряжения. Од­нако это приводит к существенному усложнению устройст­ва управления АИН и повышению требований к динамиче­ским характеристикам тиристоров. Поэтому целесообраз­ность применения АИН с ШИР должна быть обоснована с технико-экономических позиций.