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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.