Расчет сглаживающего фильтра

Для расчета индуктивности сглаживающего дросселя L_d необходимо определить гармонический состав выпрямленного напряжения управляемого выпрямителя.

Амплитуду высшей гармоники порядка n определяется выпрямителем [2]:

а относительная величина её, Ū;_{п m}:

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

На рисунке 31 приведена зависимость Ū;_{п m} = f (α) для трех рассматриваемых схем выпрямления

 

 

 

Рисунок 31. Зависимость относительной величины основной гармоники пульсаций от угла регулирования α

 

При n =1 гармоника имеет кратную частоту напряжения питающей сети в k _T m ₂ раз и называется основной. Для рассматриваемых схем выпрямления k _T m ₂=6.

Определим максимальный угол регулирования α_max при следующих условиях:

-ток цепи постоянного тока достигает своего минимального значения, I_dmin =0,1 I_dN =250A

-напряжение питающей сети достигает своего максимального значения, U _cmax= U _CN(1+0,1)=1,1 U _CN.

Рассчитанные с учетом этих условий углы регулирования α_max для трех рассматриваемых схем выпрямления:

-трехфазная мостовая схема выпрямления, α_max=36°;

-двойная трехфазная схема с уравнительным реактором, α_max=49°;

-кольцевая схема, α_max=43°.

Однако, если по условиям работы зарядного устройства потребуется регулировать напряжение U_d от нуля, то следует α_max принимать близким 90°.

В этом случае величину Ū;_{п m} следует принимать равной 0,34, а амплитуду основной гармоники пульсаций рассчитывать по соотношению U _OГ.m=0,34 U_{d 0}.

Значение напряжения U_{d 0}= U_{d хх} для рассматриваемых схем выпрямления с учетом вышеперечисленных условий:

-трехфазная мостовая схема: U_{d 0}=11,06B;

-двойная трехфазная с уравнительным реактором: U_{d 0}=10,01B;

-кольцевая схема: U_{d 0}=10,62B.

Таким образом, максимальное значение амплитуды основной гармоники пульсаций для:

-трехфазной мостовой схемы: U _ОГ,m=0,34•11,06=3,76B;

-двойной трехфазной с уравнительным реактором: U _ОГ.m=0,34•10,1=3,43B;

-кольцевой схемы: U _ОГ.m=0,34•10,62=3,61B.

Для расчета индуктивности сглаживающего фильтра необходимо установить допустимую величину амплитуды тока основной гармоники, I _ОГ.m. С целью предотвращения прерывистого характера тока цепи постоянного тока необходимо выполнить условие I _ОГ.m< I_dmin, т.е. I _ОГ.m должна быть меньше величины I_dmin =250A. Примем I _ОГ.m=125А.

Требуется величина индуктивности сглаживающего дросселя:

-для трехфазной мостовой схемы:

-для двойной трехфазной с уравнительным реактором:

-для кольцевой схемы:

Можно определить требуемое значение L_d из известного соотношения [6]:

Для рассматриваемых схем

k _T m ₂=6 и

Определим индуктивность сглаживающего дросселя для трехфазной мостовой схемы при α=36° и ω₁=2π f ₁=314c^-1

Таким образом, для трехфазной мостовой схемы принапряжении холостого хода U_dxx =11,06B и значении граничного тока I _гр.m=125А необходима индуктивность дросселя

 

Сравнивая два рассчитанных выше значения индуктивности фильтра, можно видеть их хорошее совпадение. Выбор стандартного реактора по каталогам необходимо проводить с запасом по величине индуктивности примерно в 1,5-2,0 раза. Выбираем реактор, индуктивность которого равна 20•10^-6Гн. Рабочий ток обмотки дросселя должен быть не менее номинального тока нагрузки, I_dN =2500А. По паспортным данным на дроссель необходимо определить величину активного сопротивления обмотки дросселя, рассчитать величину падения напряжения на нем и сравнить со значением принятым выше. В случая несовпадения этих значений необходимо снова вернуться к расчету и провести расчет, используя значение активного сопротивления обмотки стандартного реактора. Если уточнения не требуется, то далее следует выбрать конденсатор фильтра, используя формулу (137)

Коэффициент сглаживания фильтра s = k _п1/ k _п2.

Коэффициент пульсации напряжения на выходе выпрямителя (на входе фильтра) следует определить по формуле (59) для максимального значения угла регулирования, α_max=36⁰ (для мостовой схемы).

Емкость конденсатора фильтра, С _Ф =3,24•10^-6/20•10^-6=0,16 Ф=160•10³ мкФ.

Выбираем конденсатор типа В43580 емкостью 220000 мкФ, рабочее напряжение которого U _CN=25В. Внутреннее активное сопротивление ESR =7*10^-3Ом. Выполним проверку фильтра на резонанс.

Угловая частота пульсации ω_П=6•2•π• f _c=1884c^-1.

476<942.

Параметры фильтра удовлетворяют условию отсутствия резонанса.