Содержание курса лекций по дисциплине: “Устройства преобразовательной техники”, страница 3

Гармонический состав токов в вентильных и сетевых обмотках преобразовательного трансформатора при различных видах схем

Рис. 1. Гармонические составляющие пульсирующего напряжения.

Разложив в ряд Фурье функцию пульсирующего выпрямленного напряжения, получим:

u_H = A₀ + A₁sin wt + A₂sin2wt + …+A_n sin nwt,                                     (1)

где: F_q = qk_П f_c – частота пульсации “q”-ой составляющей.

q = 1…n – порядковый номер гармонической составляющей.

k_П – Кратность пульсаций выпрямленного напряжения U_Н:

k_П = m₂ – для однотактных схем

k_П = 2m₂ – для двухтактных схем

Ø Для однофазной однополупериодной схемы k_П=1.

Ø Для однофазной двухполупериодной схемы k_П=2.

Ø Для трёхфазной схемы с выводом нулевой точки трансформатора k_П=3.

Ø Для трёхфазной мостовой схемы k_П=6. Амплитуда каждой гармонической составляющей увеличивается с увеличением α.

Влияние гармонических составляющих на питающую сеть

Ø Перегрев генераторов, вырабатывающих электрическую энергию.

Ø Увеличение потерь мощности в передающих линиях (Z_L=ωL).

Ø Искажение формы напряжения питающей сети за счет потерь напряжения на индуктивном сопротивлении линии.

Ø Уменьшение коэффициента мощности (χ) за счет потребления несинусоидального тока (χ=υ·cosφ).

Коэффициент мощности управляемых преобразователей

Коэффициент мощности (c) – это отношение активной мощности первичной обмотки трансформатора (Р_а1) к полной (S₁):

                                                                                          (2)

Если ток и напряжение синусоидальны:

                                                                                 (3)

Если ток и напряжение несинусоидальны:

,                                                      (4)

где q – номер гармонической составляющей.

Полная мощность определяется по формуле:

       (5)

Если сеть мощная (Рсети >> Рн), то U₁ синусоидально, поэтому:

                                                         (6)

Разделив числитель и знаменатель на U₁, получим:

c = n cosj₍₁₎                                                                                        (7)

где  - коэффициент несинусоидальности тока (показывает насколько ток отличается от синусоидального).

Тогда для однофазной двухполупериодной схемы (рис. 2) при Lн→∞:

Рис. 2. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления.

Рис.3. Временные диаграммы токов и напряжений.

Так как i₂=0 когда i₂₁=i₂₂, то i₁₍₁₎ – первая гармоника первичного тока пройдёт через ноль в точке u=g/2.

Поэтому:

,  а  .                                                        (8)

Если, Lн→∞ при увеличении a, U_нa® 0 , при a®90⁰, а коэффициент мощности снижается до:

c= 0,3-0,5                                                                                           (9)

Способы повышения коэффициента мощности

Применение сетевых фильтров

Рис. 4. Схема включения сетевого фильтра.

В цепи L_ф – С_ф может наступать резонанс напряжения для частоты f_q на q-ой гармонике.

Если для q ® резонанс, то основная гармоника (вторая), в сеть не пропускается.

Так как f_C<f_q , то Z_Lфfс < Z_Lфfq, поэтому можно считать что для f_C  wL_ф®0, поэтому  Z_Lф:Сф®Z_Cф (емкость компенсирует отставание напряжения по фазе).

Ступенчатое изменение напряжения сети

Рис. 5. Ступенчатое изменение напряжения сети.

a₁ >a₂                                                                                               (10)

Возможен способ переключения отпаек трансформатора как в первичной, так и во вторичной обмотке (рекомендуется во вторичной). Чем меньше a, тем больше c. Поэтому, если U_нa получить при напряжении U₂<U₁, то необходим α₁>α₂, а, следовательно, и χ увеличится.

Применение компенсационных преобразователей

Искусственная коммутация

Рис. 6. Искусственная коммутация.

Угол сдвига относительно линейной ЭДС U_­АВ: