Инверторы. Коэффициент мощности преобразовательных установок
Сущность инвертирования - процесса преобразования постоянного тока в переменный, т.е. процесса, обратного выпрямлению. Коэффициент мощности преобразовательных установок. Характеристики выпрямителя с нулевым вентилем и несимметричных мостовых схем.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | лекция |
Язык | русский |
Дата добавления | 02.04.2019 |
Размер файла | 200,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Лекция
Инверторы. Коэффициент мощности преобразовательных установок
1. Ведомые сетью (зависимые) инверторы
Инвертированием называется процесс преобразования постоянного тока в переменный, т.е. процесс, обратный выпрямлению.
Перевод преобразователя из выпрямительного режима в инверторный осуществляется путем изменения полярности постоянного напряжения при сохранении направления постоянного тока. В инверторах, ведомых сетью, коммутация тока вентиля одной фазы на вентиль другой фазы обеспечивается как и в выпрямителях, напряжением источника переменной ЭДС приемной сети.
Нулевая схема однофазного двухполупериодного инвертора, ведомого сетью, приведена на рис.1.
Рис.1 Нулевая схема однофазного зависимого инвертора
Для осуществления инверторного режима необходимо, чтобы ток и ЭДС в сетевой обмотке w1 имели на большей части периода одинаковое направление, что означает отдачу энергии в сеть переменного тока. Для выполнения этого условия вентили должны пропускать ток преимущественно при отрицательной полуволне переменной ЭДС в вентильных полуобмотках w2 и w/2 инверторного трансформатора. При этом протекание тока через вентиль происходит под действием разности напряжения источника постоянного тока и соответствующих ЭДС . Временные диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие работу схемы, приведены на рис.2.
Каждый вентиль включается с опережением на угол относительно начала отрицательного полупериода (причем , где угол управления или угол задержки отпирания, отсчитываемый относительно начала положительного полупериода).
При включении очередного вентиля в момент, определяемый углом опережения в, начинается процесс коммутации, и ток с предыдущего вентиля в течение интервала г переходит на следующий, так как потенциал его анода выше, чем у ранее проводившего ток вентиля. Для запирания каждого вентиля необходимо не только уменьшение до нуля его анодного тока, но и обеспечение необходимого времени, в течение которого к вентилю прикладывается обратное напряжение, и он восстанавливает свои запирающие свойства до того, как к нему будет опять приложено положительное напряжение; это время определяется углом д (рис.2).
Таким образом, для нормальной работы инвертора необходимо, чтобы и
где время выключения данного конкретного вентиля, необходимое для восстановления его запирающих свойств (указывается в паспорте прибора).
Сглаживающий дроссель воспринимает разность напряжения источника питания и мгновенного значения противоЭДС инвертора (показано жирной линией на второй диаграмме сверху на рис 2).
Среднее значение инвертируемого тока при бесконечно большой индуктивности сглаживающего дросселя связано с углами в и г следующей зависимостью:
где анодная индуктивность, определяемая в основном индуктивностью рассеяния обмоток инверторного трансформатора; действующее значение напряжения фазы трансформатора.
Рис.2. Временные диаграммы напряжений и токов в схеме рис.1
Среднее значение противоЭДС инвертора , которое уравновешивает питающее постоянное напряжение , определяется соотношением
Связь питающего инвертор напряжения и тока называют входной характеристикой инвертора. Уравнение этой характеристики без учета падения напряжения на вентилях и активных сопротивлениях схемы для m-фазного инвертора имеет вид:
В этом соотношении слагаемое противоЭДС инвертора при данном угле в и холостом ходе (когда г=0); второе слагаемое добавка напряжения, необходимая с учетом явления перекрытия токов в течение интервала г при коммутации.
Входные характеристики ведомого сетью инвертора приведены на рис. 3.
Рис.3. Входные характеристики инвертора, ведомого сетью.
инвертор преобразование постоянный ток
На этом же рисунке точечными линиями показаны начальные участки входных характеристик при малых значениях тока и индуктивности , когда входной ток имеет прерывистый характер.
Рабочая область на входных характеристиках лежит ниже ограничительной характеристики инвертора (линия 1 на рис.3), которая определяет геометрическое место точек, соответствующих предельно возможным значениям и при заданном угле восстановления и различных углах в. Ограничительная характеристика описывается выражением
Очевидно, что при работа инвертора невозможна. При теоретически можно работать лишь при токе =0, так как стоить увеличить ток, как появится угол коммутации г и угол д станет меньше (пунктир на рис.3). Следовательно, при >0 можно работать при таких углах в, чтобы находиться в области, расположенной ниже линии 1 на рис.3 (сплошные линии).
2. Коэффициент мощности преобразовательных установок
Коэффициент мощности преобразовательной установки характеризует соотношение потребляемой от сети (или отдаваемой в сеть в случае инвертора) переменного тока активной мощности к полной мощности где в случае синусоидального (без искажений) напряжения сети активная мощность; действующее значение первой гармоники сетевого тока; угол сдвига между первой гармоникой тока сети и синусоидой напряжения сети; - полная мощность переменного тока, определяемая произведением действующих значений напряжения и тока.
Коэффициент мощности любого преобразователя всегда меньше единицы, так как кривая тока сети отличается от синусоиды, а его первая гармоника сдвинута по фазе по отношению к синусоиде напряжения сети. Наличие фазового сдвига, обусловленного явлением перекрытия токов вентилей при коммутации и фазовым регулированием выпрямленного напряжения, свидетельствует о том, что преобразователь потребляет от сети реактивную мощность. Потребление реактивной мощности и наличие в кривой сетевого тока высших гармонических приводит к увеличению действующего значения тока сети и росту потерь в сети переменного тока при передаче энергии от сети к преобразователю (или в обратном направлении).
Коэффициент мощности преобразовательной установки где коэффициент искажения формы тока сети, определяемый наличием высших гармоник. Коэффициент искажений зависит от числа фаз преобразования m и в предположении, что угол перекрытия г=0, составляет: при m=3; при m=6; при m=12.
Коэффициент сдвига определяется углом сдвига первой гармоники тока сети по отношению к синусоиде напряжения сети. Угол коммутации г вызывает дополнительный сдвиг первой гармоники сетевого тока в сторону отставания, поэтому у выпрямителя Так как в инверторе угол в отсчитывается в сторону опережения,
Таким образом коэффициент мощности выпрямителя составляет а инвертора
3. Выпрямители с нулевым вентилем и несимметричные мостовые схемы
Некоторое улучшение коэффициента мощности управляемого выпрямителя может быть достигнуто, если цепь нагрузки, содержащую значительную индуктивность, шунтировать диодом VD0 (рис.4а).
Рис.4. Схема выпрямителя с шунтирующим (нулевым) диодом (а) и диаграммы напряжения и токов (б и в)
Такой диод, называемый нулевым (или шунтирующим), будет отпираться в однофазной двухполупериодной нулевой или мостовой схеме в моменты перехода переменного напряжения через нуль, в результате чего в кривой выпрямленного напряжения будут отсутствовать площадки с отрицательным напряжением (рис.4б), имеющиеся при работе обычного управляемого выпрямителя при , что означает снижение пульсаций и . Среднее значение выпрямленного напряжения при этом равно
Следовательно, для регулирования напряжения в полном диапазоне от до нуля необходимо угол б изменять в диапазоне 0-1800. Длительность импульсов анодного тока и, следовательно, тока, потребляемого от сети, при наличии нулевого диода получается равной р-б (рис.4в). При этом первая гармоника первичного тока выпрямителя сдвинута относительно синусоиды напряжения сети на угол (в предположении, что угол коммутации г=0), и, следовательно, коэффициент сдвига равен
Коэффициент искажения кривой тока
и коэффициент мощности
На рис.5 показаны зависимости коэффициентов от степени управления для рассматриваемого случая.
Рис.5. Зависимости коэффициентов искажения потребляемого тока, сдвига и мощности от степени регулирования напряжения для однофазных мостовых несимметричных выпрямителей (сплошные линии) и коэффициента мощности для обычных однофазных выпрямителей (штриховая линия)
Там же штриховой линией показана зависимость для однофазного мостового выпрямителя с полным числом управляемых вентилей (у которого ). Видно, что добавление нулевого диода позволяет практически во всем диапазоне регулирования поднять коэффициент мощности на 0,15 - 0,2.
При переходе к выпрямителям с большим числом и тем более m=6) влияние нулевого диода снижается.
Другой, но схожий по результатам способ улучшения коэффициента мощности связан с применением несимметричных мостовых схем, в которых половина вентилей является управляемыми, половина - неуправляемыми; такие схемы иногда называют полууправляемыми.
Рис.6. Однофазный мостовой несимметричный выпрямитель и диаграммы напряжений и токов
На рис.6 показан однофазный мостовой несимметричный выпрямитель (а) и диаграммы напряжений и токов (б). Видно, что кривая выпрямленного напряжения и кривая потребляемого от сети тока имеют такой же вид, как у однофазного выпрямителя с нулевым диодом. Поэтому и все соотношения, приведенные выше для схемы рис.4, а также зависимости на рис. 5 справедливы для выпрямителя рис.6.
В схеме рис.6 оба диода 2 и 3 отпираются каждый полупериод и проводят ток во время пауз в кривой , играя тем самым роль нулевого диода. При этом длительность работы каждого диода равна р+б, в то время как длительность работы каждого тиристора составляет р-б, т.е. токовая загрузка вентилей не одинакова. Этот недостаток может быть устранен путем изменения задания интервалов проводимости всех четырех вентилей 1 - 4 равных р при небольшой модернизации схемы рис.6.
В трехфазном мостовом несимметричном выпрямителе (схема по рис. 1д при использовании в качестве вентилей VD1, VD3, VD5 тиристоров) напряжение между нулевой точкой вторичных обмоток трансформатора и точкой а (общей шиной анодов диодов) изменяется так же, как в неуправляемом трехфазном нулевом выпрямителе, а напряжение между нулевой точкой вторичных обмоток трансформатора и общей точкой б (общей шиной катодов тиристоров), как в таком же управляемом выпрямителе (кривые на рис.7а)
Рис.7. Диаграммы напряжений и тока в трехфазном несимметричном полупроводниковом выпрямителе
Напряжение на нагрузке равно разности мгновенных значений на рис.18б. Среднее значение напряжения на нагрузке
где
При на некотором интервале мгновенное значение напряжения на нагрузке оказывается равным нулю. При этом в случае чисто активной нагрузки ток падает до нуля. При активно-индуктивной нагрузке ток может оставаться и непрерывным, замыкаясь через два вентиля, подключенных к одной фазе (например, через диод VD4 и тиристор VD1, см.рис.1д.
На рис.18в показаны кривая потребляемого от сети тока i и его первая гармоника i(1), сдвиг которой относительно напряжения сети определяется углом Следовательно, .
Действующее значение первой гармоники тока причем это выражение, как и выражение для коэффициента сдвига, справедливо во всем диапазоне изменения б от 0 до1800. Действующее значение потребляемого тока при (этот случай показан на рис.7) неизменно и равно Следовательно, при
В диапазоне
На рис.19 кривая 2 соответствует зависимости линия 1 показывает аналогичную зависимость для симметричного выпрямителя, когда коэффициент мощности уменьшается пропорционально снижению выпрямленного напряжения, кривая 3 соответствует несимметричному режиму. Сопоставление этих кривых показывает, что в диапазоне несимметричный мостовой выпрямитель дает увеличение коэффициента мощности на 0,07-0,1.
Инверторный режим в таких схемах, как и в схемах с нулевым диодом, невозможен.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основные принципы компенсации реактивной мощности. Оценка влияния преобразовательных установок на сети промышленного электроснабжения. Разработка алгоритма функционирования, структурной и принципиальной схем тиристорных компенсаторов реактивной мощности.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 24.11.2010Рабочие характеристики электродвигателя. Расчет коллекторного двигателя постоянного тока малой мощности. Обмотка якоря, размеры зубцов, пазов и проводов. Магнитная система машины. Потери и коэффициент полезного действия. Индукция в станине, её значение.
курсовая работа [597,6 K], добавлен 25.01.2013Аналитический расчет коллекторного двигателя постоянного тока с возбуждением от феррит бариевых постоянных магнитов. Определение размеров двигателя. Подбор обмотки якоря. Расчет параметров коллекторов и щетки. Потери и коэффициент полезного действия.
курсовая работа [241,5 K], добавлен 31.05.2010История высоковольтных линий электропередач. Принцип работы трансформатора - устройства для изменения величины напряжения. Основные методы преобразования больших мощностей из постоянного тока в переменный. Объединения элетрической сети переменного тока.
отчет по практике [34,0 K], добавлен 19.11.2015Схема выпрямителя с фильтром. Расчетная мощность, напряжение вторичной обмотки и коэффициент трансформации трансформатора. Параметры сглаживающего фильтра. Мощность и коэффициент трансформации трансформатора. Коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке.
курсовая работа [644,6 K], добавлен 12.03.2012Математическое описание процесса преобразования энергии газообразных веществ (ГОВ) в механическую энергию. Определение мощности энергии топлива с анализом энергии ГОВ, а также скорости движения турбины с максимальным использованием энергии ГОВ.
реферат [46,7 K], добавлен 24.08.2011Описание устройства и принципа действия двигателей постоянного тока. Коэффициент полезного действия, рабочие и механические характеристики. Анализ основных качеств: пусковой, тормозной и перегрузочный момент, быстродействие и регулируемость вращения.
реферат [166,2 K], добавлен 11.12.2010Понятие и разновидности электрических схем, их отличительные признаки, изображение тех или иных предметов. Идеальные и реальные источники напряжения и тока. Законы Ома и Кирхгофа для цепей постоянного тока. Баланс мощности в цепи постоянного тока.
презентация [1,5 M], добавлен 25.05.2010Определение абсолютной, относительной и приведенной погрешностей. Компенсаторы постоянного тока, их назначение и принцип работы. Измерение мощности ваттметрами с применением измерительных трансформаторов тока и напряжения в однофазных и трехфазных цепях.
контрольная работа [766,5 K], добавлен 08.01.2011Основные понятия и специальные разделы электродинамики. Условия существования электрического тока, расчет его работы и мощности. Закон Ома для постоянного и переменного тока. Вольт-амперная характеристика металлов, электролитов, газов и вакуумного диода.
презентация [8,4 M], добавлен 30.11.2013Оценка стоимости конденсаторных установок и способы снижения потребления реактивной мощности. Преимущества применения единичной, групповой и централизованной компенсации. Расчет экономии электроэнергии и срока окупаемости конденсаторных установок.
реферат [69,8 K], добавлен 14.12.2012Основные элементы и характеристики электрических цепей постоянного тока. Методы расчета электрических цепей. Схемы замещения источников энергии. Расчет сложных электрических цепей на основании законов Кирхгофа. Определение мощности источника тока.
презентация [485,2 K], добавлен 17.04.2019Основные понятия о синусоидальном переменном токе, связанные с ним законы и свойства. Распределение электроэнергии. Основные схемы электроснабжения объектов. Трансформаторные потребительские подстанции. Понятия: фаза, сдвиг фаз, коэффициент мощности.
контрольная работа [17,9 K], добавлен 19.07.2011Схема районной электрической сети. Определение потока мощности на головных участках сети. Расчет потерь напряжения в местной сети. Расчет номинальных токов плавких вставок предохранителей. Коэффициент для промышленных предприятий и силовых установок.
контрольная работа [126,5 K], добавлен 06.06.2009Применение трансформаторов малой мощности в схемах автоматики, телемеханики и связи в качестве электропитающих элементов. Определение расчетной мощности и токов в обмотках. Выбор сердечника трансформатора. Коэффициент полезного действия трансформатора.
курсовая работа [474,4 K], добавлен 17.12.2014Расчет и экспериментальное определение магнитных проводимостей воздушных промежутков. Расчет магнитной цепи электромагнитов постоянного тока, обмоточных данных. Тяговые и механические характеристики электромагнитов постоянного и переменного тока.
курс лекций [5,5 M], добавлен 25.10.2009Расчет и выбор элементов выпрямителя с LC-фильтром. Определение действующего значения напряжения на вторичной обмотке трансформатора, значения тока вентиля, амплитуды напряжения, сопротивления конденсатора. График внешней характеристики выпрямителя.
контрольная работа [28,4 K], добавлен 21.09.2012Выбор электродвигателя и расчет электромеханических характеристик. Вычисление мощности силового трансформатора и вентилей преобразователя. Определение индуктивности уравнительных и сглаживающих реакторов. Статические особенности управляемого выпрямителя.
курсовая работа [331,7 K], добавлен 10.02.2014Выбор рода тока и напряжения двигателя, его номинальной скорости и конструктивного исполнения. Расчёт мощности и выбор электродвигателя для длительного режима работы. Устройство и принцип действия двигателя постоянного тока. Выбор двигателя по мощности.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 01.03.2009Расчет линейных электрических цепей постоянного тока, определение токов во всех ветвях методов контурных токов, наложения, свертывания. Нелинейные электрические цепи постоянного тока. Анализ электрического состояния линейных цепей переменного тока.
курсовая работа [351,4 K], добавлен 10.05.2013