Расчет потерь мощности и коэффициента полезного действия выпрямителя

Потери мощности на активных сопротивлениях обмоток трансформатора

 

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора без учета влияния коммутации

 

Действующее значение тока вентиля

Потери мощности в тиристорах

 

Потери мощности на активном сопротивлении обмотки дросселя и на токоподводящих шинах цепи постоянного тока:

Потери мощности на активном сопротивлении обмотки сглаживающего дросселя:

 

Сумма потерь мощности

Коэффициент полезного действия выпрямителя

 

 

Результаты расчета сведены в таблицу 13.

Таблица 13

 

Расчетный формуляр.

Расчетные параметры	Схема выпрямления
Трехфаз-ная мосто-вая	Двойная трехфазная с уравнител-ным реактором	Кольце-вая
1.Коэффициент преобразования схемы, k CX	2,34	1,17	2,34
2.Прямое падение напряжения на открытых вентилях,Δ U B, В	2•0,93= 1,86	0,93	0,93
3.Напряжение, е кз.,%	5,2	5,1	5,1
4.Коэффициент мощности, cosφк.з.	0,515	0,5	0,5
5.Напряжение холостого хода, выпрямителя в первом приближении U′d хх= Ud вб+Δ U B	11,0	11,8	11,0
6. Э.Д.С. вторичной обмотки трансформатора, выпрямителя с учетом отклонения напряжения питающей сети k C=0,85 и минимального угла регулирования αmin=10° E 2= Ud 0/(k сх k сcos αmin)	5,61	12,05	5,62
7.Активное сопротивление обмоток трансформатора R TP, Oм	0,87•10-4	3,77•10-4	1,6• 10-4
9.Индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора х тр,, Ом х тр = R трtg φкз	1,45•10-4	6,27•10-4	2,68• 10-4
10.Угол коммутации γ0 при α=0	18°	19°	18°
11.Падение напряжения на активном сопротивлении R ф без учета γ, β ∆ UR ф= IdR ф	0,935	0,596	1,05
12.Падение напряжения на активном сопротивлении R Ф с учетом γ, ∆ U′R γ, В	0,864	0,502	0,97
13.Падение напряжения из-за явления коммутации ∆ Uх = k т m 2 I′dхa /(2π)	0,346	0,374	0,64
14.Напряжение на выходе выпрямителя в режиме холостого хода с учетом рассчитанных падений напряжений с учетом коммутации Ud хх= UdN +Δ U в+Δ UR +Δ U х+Δ URL +Δ U пр, В	11,06	10,1	10,62
15.Расчетное значение мощности цепи постоянного тока. Pd 0= Ud 0 IdN, Вт
16.Расчетная мощность трансформатора, S T=(S T/ Pd)Pd 0, ВА
17.Расчетная мощность уравнительного реактора	-	0,071•31815=2260ВА	-
18.Потери мощности (без учета потерь в стали трансформатора) ∑ Р п=Δ URId + Δ U в Id + Δ U dш Id Для двойной трехфазной схемы с уравнительным реактором потери в обмотке уравнительного реактора: Δ Р у.р.= Δ U У.Р IdN =0,02 Ud хх IdN (Δ U У.Р.определено по рис. 9)	-		-
(5220)
19.Коэффициент полезного действия (без учета потерь в стали трансформатора) η=1- ∑ Р п/(PнгN+∑ Р п)	0,717	0,789	0,778

 

 

Примечание: Напряжение U _dxx, рассчитанное в п.14,является уточненным

 

значением U _dxx, рассчитанным в первом приближении в пункте 5.

 

 

Проанализируем полученные результаты.

Отметим, что достаточно низкое значение коэффициента полезного действия выпрямителя объясняется в первую очередь относительно большими по сравнению с остальными потерями мощности в вентилях выпрямителя.

Наименьшая расчетная мощность трансформатора требуется для трехфазного мостового выпрямителя, S_т=29кВА. Для остальных двух схем расчетная мощность трансформатора больше, так для кольцевой схемы выпрямления расчетная мощность трансформатора больше почти на 16%.

Потери мощности наибольшие в трехфазной мостовой схеме выпрямления и, следовательно, коэффициент полезного действия этой схемы меньше.

Наибольший коэффициент полезного действия у дважды трехфазной схемы выпрямления.

Отметим важное обстоятельство, которое оказывает существенное влияние на потери и коэффициент полезного действия. Это низкое выходное напряжение выпрямителя и сильноточная нагрузка. Именно этим обстоятельством и объясняется сравнительно невысокое значение коэффициента полезного действия рассмотренных схем выпрямления и самое низкое значение коэффициента полезного действия у трехфазного мостового выпрямителя, у которого ток нагрузки проходит через два последовательно соединенных тиристора.

Из трех рассмотренных схем следует отдать предпочтение кольцевой схеме выпрямления, как имеющей достаточно высокий коэффициент полезного действия и этой схеме нет уравнительного реактора. Тот факт, что в этой схеме выпрямления плохое использование тиристоров по напряжению, то при таком низком значении выходного напряжения это не может отразиться на стоимости выпрямителя, поскольку для всех трех схем на практике придется выбирать тиристоры на одно напряжение 100В. Наличие уравнительного реактора в дважды трехфазной схеме выпрямления является очевидным недостатком, увеличивает массу и габариты выпрямителя, а также увеличивает стоимость выпрямителя.