Влияние процесса коммутации на ток, потребляемый выпрямителем из питающей сети

 

Коммутационный процесс оказывает влияние на форму кривой тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети. Следует отметить, что коммутационный процесс отражается лишь на амплитуды и фазы высших гармонических, но порядок этих гармоник остается неизменным [8].

Способ определения величины действующего значения тока при наличии коммутации остается таким же, как и без учета коммутации. Единственное отличие от случая работы выпрямителя при γ=0 заключается в том, что кривая тока разбивается на внекоммутационный и коммутационный интервалы и интегрирование на этих интервалах производится раздельно.

Действующее значение тока, потребляемого трехфазным мостовым выпрямителем из питающей сети с учетом угла коммутации γ, можно определить по формуле (101) [4]:

 

(101)

 

Рассмотрим коммутационный процесс для режима работы выпрямителя с идеально сглаженным током нагрузки.

 

Без учета коммутационного процесса действующее значение k -ой гармоники первичного тока трансформатора меньше действующего значения первой гармоники первичного тока в k раз.

Ток первичной обмотки трансформатора трехфазной мостовой схемы содержит только нечетные гармоники, кроме третьей и кратной ей, т.е 1,5,7,11,13 и т.д.

Действующее значение первой гармоники тока первичной обмотки I ₁₍₁₎ трехфазного мостового выпрямителя следует определять по формуле (102):

, (102)

где

k _тр - коэффициент трансформации трансформатора.

Коммутация влияет на гармонический состав тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети. Для мостовых схем выпрямления при угле коммутации γ=30⁰ кривая тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети, симметрична относительно оси времени и имеет форму трапеции на интервале каждого из полупериодов. Гармонический состав тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети, в этом случае можно определить по формуле (103):

. (103)

 

 

Вопросы для самоконтроля:

1.Дайте определение понятию «коммутация».

2. Перечислите параметры, влияющие на величину угла коммутации.

3. На какие характеристики выпрямителя и как влияет коммутация.

1.12 Коэффициент мощности выпрямителя

Коэффициент мощности выпрямителя определяется отношением активной мощности, потребляемой выпрямителем из питающей сети по первой (основной) гармоники P ₁₍₁₎ к полной мощности S ₁, потребляемой

выпрямителем из питающей сети [10]:

 

, (104)

где

P ₁₍₁₎ = m ₁ U ₁ I ₁₍₁₎cosφ₍₁₎ - активная мощность, потребляемая выпрямителем из питающей сети по первой (основной) гармоники;

S ₁= m ₁ U ₁ I ₁ - полная мощность, потребляемая выпрямителем из питающей сети;

m ₁- число фаз сети, питающей выпрямитель;

U ₁ - действующее значение напряжение фазы сети, питающей выпрямитель;

I ₁ - действующее значение тока фазы сети, питающей выпрямитель;

I ₁₍₁₎ - действующее значение первой гармоники тока фазы сети, питающей выпрямитель;

φ₍₁₎ - фазовый сдвиг первой гармоники тока фазы по отношению к первой гармоники напряжения фазы сети, питающей выпрямитель.

 

(105)

Где

I ₁₍₁₎/ I ₁= k _иск. - коэффициент искажения формы тока питающей сети;

cos φ₍₁₎ = k _сдв. - коэффициент сдвига первой гармоники тока питающей сети по отношению к напряжению.

Как было показано выше, кривые токов, потребляемых выпрямителями, отличны от синусоидальной формы и, кроме первой (основной) гармоники, содержат в своем составе и высшие гармонические, порядок k которых определяется соотношением:

 

k = k _Т m ₂ n ±1, (106)

где n =1,2, 3, 4, …-натуральный ряд чисел.

 

По формуле (106) нетрудно определить, что в кривой первичного тока трехфазной мостовой схемы выпрямления (k _Т m ₂=6) содержатся гармоники порядков 5,7,11,13, и выше, а в кривой трехфазной однотактной схемы выпрямления (k _Т m ₂=3) содержатся высшие гармоники порядков 2,4,5,7, и выше.

Амплитуда высшей гармоники при прямоугольной форме кривой тока обратно пропорциональны номеру гармоники, т.е.:

(107)

Следует отметить, что гармоники более высоких порядков имеют меньшую амплитуду и легче отфильтровываются вследствие более высокой частоты. Поэтому многофазные схемы оказывают меньшее отрицательное влияние на работу силовой сети переменного тока.

Относительные величины гармоник в кривой первичного тока в процентах по отношению к основной гармоники тока для различных схем выпрямления (различных значений k _Т m ₂) при L_d =∞ и частоте питающей сети, равной 50 Гц, приведены в таблице 10.

 

 

Гармонический состав тока первичной сети выпрямителей (в процентах к основной гармоники)

 

 

Таблица 10

Схема выпрям-ления	Частота и номер гармоники
100Гц	200Гц	250Гц	350Гц	400Гц	500Гц	550Гц	650Гц
k Т m 2=3				14,3	12,5		9,1	7,7
k Т m 2=6	-	-		14,3	-	-	9,1	7,7
k Т m 2=12	-	-	-	-	-	-	9,1	7,7

 

Без учета коммутационных процессов коэффициент искажения формы тока питающей сети трехфазного мостового выпрямителя

(108)

Для трехфазной мостовой схемы выпрямления коэффициент искажения формы тока первичной сети при L_d =∞

С учетом коммутационных процессов коэффициент искажения несколько увеличивается, что приводит к повышению коэффициента мощности выпрямителя в целом.

Так, для трехфазной мостовой схемы выпрямления коэффициент искажения определяется по формуле (109)

(109)

Без учета угла коммутации коэффициент сдвига равен косинусу угла регулирования, т.е.: k _сдв. =cosα..

Для выпрямительного режима с учетом угла коммутации угол φ₍₁₎= α+γ/2

и коэффициент сдвига управляемого выпрямителя следует определять по формуле (110):

(110)

При γ<30° более точные результаты определения k _сдв. дает формула (111)

(111)

Вопросы для самоконтроля:

1.Дайте определение понятию «коэффициент мощности выпрямителя».

2. Какие факторы и как влияют на величину коэффициента мощности выпрямителя.