Материал: s_electro

речь, т. е. считать его идеально сглаженным, как при Xd = ∞. Тогда противоЭДС в цепи нагрузки можно заменить на эквивалентное активное сопротивление нагрузки Rd.э:

протекая по которому, выпрямленный ток создает на нем такое же постоянное падение напряжения, как U0. Режим работы выпрямителя в статике при этом не изменится, т. е. выпрямитель этой подмены нагрузки «не почувствует».

Уравнение же для внешней характеристики выпрямителя с актив- но-индуктивной нагрузкой при Xd = ∞ было получено в разделе 3.1.1 в форме (3.1.11) и в более общей модели выпрямителя – в форме (3.1.14). Графики результирующих внешних характеристик выпрямителя, нагруженного на противоЭДС,

приведены на рис. 3.2.4. Показателен крутой спад характе-

ристик в области прерывистого выпрямленного тока. Это обусловлено резкой зависимостью длительности протекания тока λ при изменении противоЭДС и ограничении величины импульса тока реактансами Xa и Xd. В режиме непрерывного тока ог-

раничение величины выпрямленного тока определяется процессом коммутации, в котором участвует только реактанс Xa.

Еще одной особенностью работы выпрямителя на противоЭДС в случае конечного значения Xd является возможность появления режи-

ма работы с вынужденным углом регулирования αв.

В этом случае вентиль вступает в работу не с углом регулирования α, задаваемым по каналу управления, а

с вынужденным углом регулирова-

ния αв, определяемым моментом появления прямого напряжения на вентиле, как это иллюстрирует временная диаграмма на рис. 3.2.5.

Значение угла ψв (αв) определяется соотношением вторичного напряжения трансформатора и противоЭДС нагрузки.

126

В этих случаях, если αв > α, в формулах для расчета внешней характеристики необходимо заменять α на αв.

Таким образом, конечное значение индуктивности сглаживающего реактора в цепи выпрямленного тока приводит к появлению режима прерывистого тока нагрузки, вызывающего:

•существенное нелинейное искажение внешней характеристики выпрямителя, что ухудшает свойства выпрямителя как элемента системы автоматического управления;

•резкое ухудшение качества выпрямленного тока, имеющего в этом режиме большое превышение амплитуды импульсов тока над его средним значением (полезной составляющей), что увеличивает потери активной мощности;

•заметное снижение входного коэффициента мощности выпрямителя в зоне малых λ (по сравнению с λ=2π/qm2) (подробнее в разделе

3.3.10);

• увеличение быстродействия регулирования выпрямленного тока до одного периода его пульсаций, в то время как в режиме непрерывного тока скорость его изменения определяется электромагнитной постоянной времени цепи нагрузки (здесь – сглаживающего реактора).

Второй задачей исследования, поставленной в начале этого раздела, является изучение влияния конечного значения Xd на регулировочные характеристики выпрямителя. Формально зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от угла регулирования α можно проследить для режима прерывистого тока по уравнению (3.2.3). Очевидна зависимость выпрямленного напряжения не только от α, но и от длительности λ протекания импульсов выпрямленного тока. Таким образом, положение регулировочной характеристики становится зависящим от режима в цепи выпрямленного тока, т. .е. регулировочные характеристики также искажаются за счет неоднозначности их положения от угла регулирования α.

В целом режим прерывистого тока, ухудшая все основные характеристики выпрямителя (кроме быстродействия, которое, наоборот, улучшается), является неблагоприятным режимом работы выпрямите-

127

ля. Сократить зону прерывистых токов можно увеличением значения индуктивности сглаживающего реактора, увеличением эквивалентного числа фаз выпрямляемого напряжения (qm2) и ограничением максимального значения угла регулирования α.

3.3.РАБОТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ

СКОНДЕНСАТОРНЫМ СГЛАЖИВАЮЩИМ ФИЛЬТРОМ

Индуктивный сглаживающий фильтр Ld, включаемый последовательно с нагрузкой в цепи выпрямленного тока, оказывает сглаживающее влияние в основном на выпрямленный ток, в то время как выпрямленное напряжение Udα по-прежнему остается пульсирующим. В случаях, когда нагрузка, представляемая в расчетной модели постоянным или переменным активным сопротивлением Rd, требует постоянного напряжения, необходимо использовать сглаживающий конденсатор Cd, включенный параллельно в цепи нагрузки, как показано на рис. 3.3.1 на примере выпрямителя однофазного тока. Упрощенный анализ влияния емкости конденсатора на выпрямленное напряжение является целью этого раздела.

Реальность параметров трансформатора в соответствии с результатами раздела 3.1 отражена добавлением во вторую обмотку идеального трансформатора индуктивности рассеивания La, приведенной ко вторичной стороне, т. е. La это не внешний элемент схемы, а параметр схемы замещения трансформатора. Только при отсутствии входного трансформатора потребуется включение соот-

ветствующего реактора на входе. Если постоянная времени цепи на-

грузки τd = CdRd достаточно велика и пульсациями напряжения на емкости Cd можно пренебречь, то режим рабо-

ты этой схемы становится подобным режиму работы выпрямителя на противоЭДС, рассмотренному в предыдущем разделе. Оценим требуемое значение емкости сглаживающего конденсатора в зависимости от мощности нагрузки Pd:

U 2

Pd = d . (3.3.1)

Rd

128

щей сети переменного тока в цепь постоянного тока – цепь нагрузки. Вместе с тем в таких устройствах возможны ситуации, когда требуется рекуперация энергии из цепи постоянного тока в цепь переменного тока. В электроэнергетике это имеет место в передачах электроэнергии постоянным током. Подобная ситуация возникает и в тех случаях, когда выпрямительное устройство питает якорную цепь машины постоянного тока в системе электропривода какого-либо транспортного средства или грузоподъемного механизма. Тогда при движении транспорта под уклон или грузоподъемного механизма вниз (с грузом) машина постоянного тока переходит из двигательного режима работы в генераторный режим за счет механической энергии, подводимой к ней от исполнительного механизма. Эту энергию можно полезно использовать, преобразовав ее в электрическую и возвратив через (реверсивный) вентильный преобразователь в сеть переменного тока (см. раздел 3.12). В преобразователе при этом происходит изменение направления потока активной мощности на обратное, называемое инвертированием. А процесс преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока при наличии сети переменного тока, созданной каким-то другим источником энергии переменного тока, называют зависимым инвертированием. Изучение этого процесса в зависимых инверторах однофазного и трехфазного тока является целью настоя-

щего раздела.

Очевидно, что изменение направления потока активной мощности в звене постоянного тока при сохранении неизменным направления тока в силу наличия вентилей возможно только за счет изменения полярности напряжения в звене постоянного тока. Это достижимо, в соответствии с уравнением регулировочной характеристики управляемого вентильного преобразователя (2.9.2) при углах регулирования α>900. При этом сдвинется кривая тока в первичной обмотке трансформатора, а значит, и его первая гармоника, на угол ϕ1(1) = α. Тогда в соответствии с (1.3.1) при ϕ1(1)>900 изменится и знак активной мощности в цепи переменного тока вентильного преобразователя, т. е. действительно будет происходить отдача мощности в сеть переменного тока, а не ее потребление из сети, как было в случае режима управляемого выпрямления.

Обратим внимание на то, что теперь вместо термина управляемый выпрямитель используется термин вентильный преобразователь, ибо речь пошла о двух возможных режимах работы одного и того же устройства – режиме управляемого выпрямления и режиме зависимого

130