Скачать презентацию 7 5 Шестипульсовая трехфазная мостовая схема инвертирования 7 Скачать презентацию 7 5 Шестипульсовая трехфазная мостовая схема инвертирования 7

7.5 Шестипульсовая (трехфазная) мостовая схема инвертирования.ppt

  • Количество слайдов: 43

7. 5 Шестипульсовая (трехфазная) мостовая схема инвертирования 7. 5. 1 Схема и ее описание 7. 5 Шестипульсовая (трехфазная) мостовая схема инвертирования 7. 5. 1 Схема и ее описание Рисунок 7. 5. 1 – Шестипульсовая мостовая схема инвертирования

7. 5 Шестипульсовая (трехфазная) мостовая схема инвертирования 7. 5. 1 Схема и ее описание 7. 5 Шестипульсовая (трехфазная) мостовая схема инвертирования 7. 5. 1 Схема и ее описание Рисунок 7. 5. 1 – Шестипульсовая мостовая схема инвертирования

Шестипульсовая мостовая схема инвертирования состоит из трехфазного преобразовательного трансформатора Т и шести тиристорных Шестипульсовая мостовая схема инвертирования состоит из трехфазного преобразовательного трансформатора Т и шести тиристорных плеч. V 1, V 3, V 5, у которых объединены катоды, образуют катодную группу и работают на отрицательных полуволнах напряжения u 2 у, а общий катод К подключается к -ш. Тиристоры V 2, V 4, V 6, у которых объединены аноды, образуют анодную группу и работают при положительных полуволнах напряжения u 2 у, а общий анод А подключается к +ш. В любой момент времени работают два тиристора последовательно, один из катодной, а другой из анодной группы.

7. 5. 2 Принятые допущения: 1. Напряжение в питающей сети, а следовательно во вторичной 7. 5. 2 Принятые допущения: 1. Напряжение в питающей сети, а следовательно во вторичной обмотке преобразовательного трансформатора синусоидальные , где - время в угловых единицах: (7. 5. 1) U 2 y – действующее значение фазного напряжения ВО; U 2 y – амплитудное значение фазного напряжения ВО. 2. Индуктивное сопротивление питающей сети трансформатора не равны 0 Xc>0, XТ>0, Xv>0 Поэтому коммутация тока с тиристора заканчивающего работу на тиристор включившийся в работу происходит плавно и угол >0 3. Индуктивное сопротивление сглаживающего реактора для высших гармоник равно: Поэтому мгновенное значение входного тока равно среднему значению

7. 5. 3. Временные диаграммы и порядок их построения Рисунок 7. 5. 2(а) – 7. 5. 3. Временные диаграммы и порядок их построения Рисунок 7. 5. 2(а) – Временные диаграммы напряжений вентильных обмоток u 2 (а), входного напряжения uи (а), тока управления iу (б), результирующего входного напряжения uи (в), входного тока iи и порядок прохождения его через тиристорные плечи (г), тока фазы а вентильной обмотки i 2 ау (д), тока фазы А сетевой обмотки i 1 А (е)

7. 5. 4 Работа схемы в момент Q 1 Физические процессы в 6 ПМ. 7. 5. 4 Работа схемы в момент Q 1 Физические процессы в 6 ПМ. инверторе наглядно иллюстрируются временными диаграммами напряжения и тока в элементах схемы (7. 5. 2, а). Рассмотрим работу 6 ПМ инвертора (рис. 7. 5. 1, 7. 5. 2) в момент Θ 1. Согласно теории работы в инверторе тиристоры катодной группы должны работать с углом опережения β при отрицательной полуволне напряжения u 2 У, а тиристоры анодной группы должны работать с углом опережения β при положительной полуволне напряжения u 2. Из рис. 7. 4. 5, а, б следует, что в UZ 1 током i. У 1, i. У 2 должны быть включены V 1, V 2, т. к.

При этом потенциал общего катода K 1 равен u. K 1=ua. У Потенциал общего При этом потенциал общего катода K 1 равен u. K 1=ua. У Потенциал общего анода А 1 равен u. А 1=uс. У Мгновенное значение входного напряжения между К 1 и А 1 равно u. И 1= u. К 1 - u. А 1= uа. У -uс. У (7. 5. 2) Таблица 7. 5. 1 - Последовательность подачи импульсов тока управления и работы тиристоров инвертора за период 0≤Θ≤ 2π в UZ 1 на тиристоры V 1, V 3, V 5 V 2, V 4, V 6 подать ток управления i. У 1, i. У 3, i. У 5 i. У 2, i. У 4, i. У 6 в точках 1", 3" , 5" 2", 4" , 6" на угол β раньше точек 1, 3, 5 2, 4, 6

Таблица 7. 5. 1 а – Последовательность работы тиристоров в UZ 1 и мгновенное Таблица 7. 5. 1 а – Последовательность работы тиристоров в UZ 1 и мгновенное значение uи за полный период от 0 до 2π Период времени, между точками 1“ 3“ 2“ Работает тиристоры катодной группы V 1 Работает тиристоры анодной группы V 6 u. К ua У u. A ub У uac У 4“ uc У u. И 5“ V 3 V 2 6“ V 5 V 4 ub У V 1 V 6 uc У ua У ubc У 1“ uba У ub У uca У ucb. У uab У

Временные диаграммы напряжений вентильных обмоток u 2 (а), входного напряжения uи (а), тока Временные диаграммы напряжений вентильных обмоток u 2 (а), входного напряжения uи (а), тока управления iу (б), результирующего входного напряжения uи (в), входного тока iи и порядок прохождения его через тиристорные плечи (г), тока фазы а вентильной обмотки i 2 ау (д), тока фазы А сетевой обмотки i 1 А (е). На рис. (7. 5. 1, а) показаны цепь прохождения тока от ЭПС через контактную сеть, рельсы, шины , тиристоры V 1 и V 2, фазы ВО 1 и фазы СО для момента Θ 1 при работе тиристоров V 1, V 2. За период 2π открывая поочередно тиристоры V 1, V 3, V 5, V 2, V 4, V 6 синхронно с напряжением uау, ub. У, uc. У , ток инвертора поочередно проходит через фазы а. У, b. У, c. У в UZ 1. При этом в фазах А, В, С сетевой обмотки создается трехфазный переменный ток, т. е. постоянный ток IИ , создаваемый ЭПС преобразуется в трехфазный переменный ток (рис. 7. 5. 2).

7. 5. 5 Распределения тока в фазах ВО 1, соединенной в «Y» Если вентильная 7. 5. 5 Распределения тока в фазах ВО 1, соединенной в «Y» Если вентильная обмотка ВО 1 соединяется в Y, то в любой момент времени работают две фазы. В момент Θ 1, когда работают тиристоры V 1 и V 2, ток IИ проходит через фазы ау , су (рисунок 7. 5. 1). Таким образом в любой момент времени ток в фазах вентильных обмотках ВО 1 проходит при работе тиристоров включенных в данную фазу и равен IИ.

7. 5. 6 Особенности распределения тока в фазах ВО 1, соединенной в «Д» Если 7. 5. 6 Особенности распределения тока в фазах ВО 1, соединенной в «Д» Если вентильная обмотка ВО 1 соединяется в Д, то в любой момент времени работают все фазы а. Д , b. Д, с. Д. Ток распределяется обратно пропорционально сопротивлению цепи тока. В момент Θ 1, когда работают тиристоры V 1 и V 2, токи а Т. о. , ток в фазе начало и конец которой подключен к работающим тиристорам, равен , а в остальных фазах .

5. 7. 7 Распределение тока в фазах сетевой обмотки Примем, что токи i 1 5. 7. 7 Распределение тока в фазах сетевой обмотки Примем, что токи i 1 A, i 1 B , i 1 C СО направлены вверх. В момент 1: по первому закону Кирхгофа для узла электрической цепи i 1 A+i 1 B+i 1 C=0 (7. 5. 3) по второму закону Кирхгофа для магнитной цепи Подставим из (6. 2. 6) в (6. 2. 3) получим 3 i 1 A=3 IИ Тогда с учетом (6. 2. 6) Если Кт>0, то все токи необходимо разделить на Кт

7. 5. 8 Основные расчетные соотношения Входное напряжение инвертора Мгновенное значение входного напряжения относительно 7. 5. 8 Основные расчетные соотношения Входное напряжение инвертора Мгновенное значение входного напряжения относительно точки O' (7. 5. 8) при изменении Θ в пределах (см. рис. 7. 5. 3) Рисунок 7. 5. 3 - Временная диаграмма входного напряжения инвертора (7. 5. 9)

Среднее значение входного напряжения определяется высотой прямоугольника равновеликого по площади входному напряжению, отмеченному на Среднее значение входного напряжения определяется высотой прямоугольника равновеликого по площади входному напряжению, отмеченному на рис. 7. 5. 2 ординатами вертикально заштрихованной площадки (7. 5. 10) Из решения 7. 5. 10 получим (7. 5. 11) Из (7. 5. 11) получим формулу для расчета среднего значения входного напряжения (7. 5. 12)

Для упрощения дальнейших формул выражение, отмеченное пунктирной линии, обозначим UИ 0(β=0) тогда входное напряжение Для упрощения дальнейших формул выражение, отмеченное пунктирной линии, обозначим UИ 0(β=0) тогда входное напряжение холостого хода инвертора запишется в виде где UИ 0(β=0) – условное входное напряжение холостого хода (см. (7. 28) Для 6 П. М. тогда из (7. 2. 5) UИ max = Подставив m=6 и UИ max в формулу (7. 2. 8) для 6 П. М. получим

7. 5. 9 Расчетные параметры тиристорного плеча Мгновенное значение обратного напряжения прикладываемого к тиристору 7. 5. 9 Расчетные параметры тиристорного плеча Мгновенное значение обратного напряжения прикладываемого к тиристору V 1 от вторичных (вентильных) обмоток трансформатора равно (7. 5. 15) Амплитудное значение обратного напряжения или подставив U 2 из (6. 2. I) или (7. 5. 17)

Максимальное значение тока тиристорного плеча (7. 5. 18) Среднее значение тока тиристорного плеча (7. Максимальное значение тока тиристорного плеча (7. 5. 18) Среднее значение тока тиристорного плеча (7. 5. 19) откуда (7. 5. 20) Для 6 пм схемы Тогда из (6. 2. IV) (7. 5. 21)

7. 5. 10 Расчетные параметры трансформатора Действующее значение тока ВО находится из условия равенства 7. 5. 10 Расчетные параметры трансформатора Действующее значение тока ВО находится из условия равенства нагрева обмотки током I 2 за период 2π и реальным током, протекающим через обмотку (7. 5. 22) Из (6. 2. 14) ток для 6 пм схемы (7. 5. 23) (7. 5. 24) подставив 2 и Ксх из (6. 2. 16) в (6. 2. 15) получим (7. 5. 25)

Расчетная мощность ВО, определяющая общий расход меди на ВО равна (7. 5. 26) При Расчетная мощность ВО, определяющая общий расход меди на ВО равна (7. 5. 26) При m 2=3, подставив I 2 из (6. 2. V), U 2 из (6. 2. I) получаем (7. 5. 27) где или (7. 5. 28)

Действующее значение тока СО находится из условия равенства нагрева обмотки током I 1 за Действующее значение тока СО находится из условия равенства нагрева обмотки током I 1 за период 2π и реальным током, протекающим через обмотку (7. 5. 29) откуда (7. 5. 30) для 6 пм (7. 5. 31) Тогда из (6. 2. 19) с учетом (6. 2. 20) ток (7. 5. 32)

Расчетная мощность СО, определяющая общий расход меди на СО равна (7. 5. 33) Типовая Расчетная мощность СО, определяющая общий расход меди на СО равна (7. 5. 33) Типовая мощность трансформатора (7. 5. 34) где (7. 5. 35)

Таблица 7. 5. 2 – Основные соотношения шестипульсовых схем выпрямления Схема выпрямления Обозначение параметра Таблица 7. 5. 2 – Основные соотношения шестипульсовых схем выпрямления Схема выпрямления Обозначение параметра две обратные звезды с уравнительным реактором DСХ 0, 866 шестипульсовая мостовая UИ 0( =0) Uvmax KСХ 0, 5 1 Iv IИ/6 IИ/3 Ivmax 0, 5 IИ IИ S 2 1, 48 PИ 1, 05 PИ S 1 1, 05 PИ ST 1, 26 PИ 1, 05 PИ I 2 I 1

7. 5. 11 Угол коммутации равен (7. 5. 36) Из (7. 2. 15) видно, 7. 5. 11 Угол коммутации равен (7. 5. 36) Из (7. 2. 15) видно, что при изменении тока 0≤IИ≤ IИ max , угол коммутации γ изменяется в пределах 0≤γ≤ γ max

7. 5. 12 Условия надежной работы инвертора Надежная работа инвертора обеспечивается, если угол опережения 7. 5. 12 Условия надежной работы инвертора Надежная работа инвертора обеспечивается, если угол опережения (7. 5. 37) (7. 5. 38) где β – угол опережения; γmax – угол коммутации при IИmax; δо – время выключения тиристора; τ – угол запаса.

Таблица 7. 5. 3 – Коэффициенты схемы 6 и 12 пульсовых инверторов Схема Ксх Таблица 7. 5. 3 – Коэффициенты схемы 6 и 12 пульсовых инверторов Схема Ксх q n. К 12 П. ПОСЛ 1 3 4 12 П. ПАР. 0, 5 3 2 6 ПМ 1 3 2 6 ПН 0, 5 3 1

7. 5. 12 Входные характеристики инвертора Входной характеристикой инвертора называется зависимость (7. 5. 39) 7. 5. 12 Входные характеристики инвертора Входной характеристикой инвертора называется зависимость (7. 5. 39) Согласно теории работы инвертора входное напряжение с увеличением тока инвертора возрастает и равно (7. 5. 40) Через известные параметры схемы и преобразовательного трансформатора входное напряжение инвертора определяется уравнением (7. 5. 41)

Падение напряжения в тиристорах инвертора (7. 5. 42) где p – число последовательно работающих Падение напряжения в тиристорах инвертора (7. 5. 42) где p – число последовательно работающих плеч преобразователя p=nk (табл. 7. 2. 1); s, a – число последовательно и параллельно включенных тиристоров в одном ключе инвертора. А – коэффициент наклона входной характеристики схемы (А=0, 5 для m=6; А=0, 266 для m=12); u. КЗ – напряжение короткого замыкания цепи коммутации; UТО, r. T – пороговое напряжение и дифференциальное сопротивление тиристора

7. 2. 13 Ограничительная характеристика инвертора При работе инвертора входной ток изменяется в пределах 7. 2. 13 Ограничительная характеристика инвертора При работе инвертора входной ток изменяется в пределах 0≤ IИmax Следовательно согласно (7. 5. 43) угол коммутации также изменяется в пределах 0≤ γ≤ γ max Надежная работа инвертора обеспечивается, если при любом токе IИ (угле коммутации γ), сохраняется условие (7. 5. 43)

Если при β=const с увеличением тока IИ (угла коммутации γ) условие (7. 5. Если при β=const с увеличением тока IИ (угла коммутации γ) условие (7. 5. 43) нарушается, то произойдет опрокидывание инвертора и аварийный ток увеличится в десятки раз по сравнению с номинальным током. Для предупреждения опрокидывания инвертор имеет ограничительную характеристику (7. 5. 44)

7. 5. 14 Предельный (максимальный) ток инвертора Величина предельного (максимального) тока инвертора IИ MAX, 7. 5. 14 Предельный (максимальный) ток инвертора Величина предельного (максимального) тока инвертора IИ MAX, при котором еще сохраняется его устойчивая работа, графически определяется точкой пересечения внешней и ограничительной характеристик (рис. 7. 5. 4). Аналитический расчет IИ MAX может быть выполнен по следующим формулам а) при естественной внешней характеристике (7. 5. 45) б) при стабилизированной внешней характеристике (7. 5. 46) где UСТ – напряжение стабилизированной внешней характеристики ВП, равное Ud 0, к. В; А – коэффициент наклона входной (внешней) характеристики инвертора. 30

Внешние и ограничительные характеристики ВИП Входные характеристики и предельные максимальные токи инвертора при угле Внешние и ограничительные характеристики ВИП Входные характеристики и предельные максимальные токи инвертора при угле β 1=const (1), β 2=const (2), искусственная (компаундированная) при β≠const (3) Рисунок 7. 5. 4 – Внешние и ограничительные характеристики 31 выпрямительно – инверторного преобразователя (ВИП)

7. 5. 15 Коэффициент мощности Коэффициентом мощности инвертора называется отношение активной мощности, возвращаемой в 7. 5. 15 Коэффициент мощности Коэффициентом мощности инвертора называется отношение активной мощности, возвращаемой в сети, к полной мощности, возвращаемой в сеть Т. к. ток, возвращаемой в сеть инвертором не синусоидален (рис 7. 5. 5), то он состоит из основной гармоники i 1(1) частотой f 1=50 Гц и ряда высших гармоник. Активная мощность создается только током основной гармоники. Поэтому коэффициент мощности равен (7. 5. 47) где m 1 – число фаз сетевой обмотки; P 1 a, S 1 – активная и полная мощность потребляемая выпрямителем из сети, возвращаемая инвертором в сеть; I 1(1), I 1 – действующее значение соответственно основной гармоники и полного тока фазы СО; 1(1) – угол сдвига тока i 1(1) относительно напряжения u 1.

Отношение называется коэффициентом искажения (коэффициентом формы) тока СО При идеальном трансформаторе численное значение (γ=0) Отношение называется коэффициентом искажения (коэффициентом формы) тока СО При идеальном трансформаторе численное значение (γ=0) ν=0, 955 для шестипульсовых схем (m=6) ν =0, 988 для двеннадцатипульсовых схем (m=12) Рассмотрим временные диаграммы напряжения u 1 и тока i 1 для фазы А управляемого выпрямителя с углом регулирования α при угле коммутации γ. Как видно из рисунка 7. 5. 5 ось симметрии тока i 1 будет сдвинута относительно оси симметрии напряжения

Рисунок 7. 5. 5 - Временные диаграммы напряжения и тока фазы А Рисунок 7. 5. 5 - Временные диаграммы напряжения и тока фазы А

На коэффициент мощности выпрямителя и инвертора оказывает влияние ток холостого хода Iхх преобразовательного На коэффициент мощности выпрямителя и инвертора оказывает влияние ток холостого хода Iхх преобразовательного трансформатора. Рассмотрим векторные диаграммы тока потребляемой сети выпрямителем и током возвращаемой в сеть инвертором с учетом тока холостого хода (рис. 7. 5. 6). Рисунок 7. 5. 6 – Векторная диаграмма токов сетевой обмотки и инвертора

Угол сдвига основной гармоники тока относительно напряжения (7. 5. 48) Активная составляющая основной гармоники Угол сдвига основной гармоники тока относительно напряжения (7. 5. 48) Активная составляющая основной гармоники тока (7. 5. 49) Реактивная составляющая основной гармоники тока (7. 5. 50) Полный реактивный ток с учетом тока Iх. х трансформатора (7. 5. 51) Полный ток потребляемый из сети (7. 5. 52)

Угол сдвига тока относительно напряжения сетевой обмотки Определим cosφ инвертора с учетом тока холостого Угол сдвига тока относительно напряжения сетевой обмотки Определим cosφ инвертора с учетом тока холостого хода. После подстановки значения I 1 а из (7. 5. 49), I 1 r из (7. 5. 51) в (7. 5. 52) и ряда преобразований значения cosφ определяется из выражения (7. 5. 53)

Коэффициент мощности инвертора с учетом коэффициента искажения ν и cosφ1 (7. 5. 53) Коэффициент мощности инвертора с учетом коэффициента искажения ν и cosφ1 (7. 5. 53) равен (7. 5. 54) На рисунке 7. 5. 7 показана зависимость коэффициента мощности шести и двеннадцати пульсового инвертора от входного тока IИ

Рисунок 7. 5. 7 – Коэффициент мощности 6 и 12 пульсовых управляемых выпрямителей и Рисунок 7. 5. 7 – Коэффициент мощности 6 и 12 пульсовых управляемых выпрямителей и инверторов

7. 5. 16 Коэффициент полезного действия (КПД) КПД инвертора называется отношение активной мощности, возвращаемой 7. 5. 16 Коэффициент полезного действия (КПД) КПД инвертора называется отношение активной мощности, возвращаемой инвертором в сеть к активной мощности, потребляемой инвертором от электроподвижного состава (ЭПС) (7. 5. 55) Мощность принимаемая инвертором от ЭПС (7. 5. 56) Суммарные потери мощности в преобразовательном агрегате (7. 5. 57)

Потери мощности в преобразовательном трансформаторе (7. 5. 58) где ∆Pхх (∆P’хх) - потери холостого Потери мощности в преобразовательном трансформаторе (7. 5. 58) где ∆Pхх (∆P’хх) - потери холостого хода (в стали); ∆PКЗ (∆PКЗ’) – потоки К. З. (в меди) при номинальном токе нагрузки Потери мощности в тиристорных плечах (7. 5. 59) где a, s – число параллельно и последовательно включенных П. П. в плече; P – число последовательно работающих плеч преобразователя; Ксх – коэффициент схемы КСХ=1 для 6 п. м. и 12 п. пос. КСХ=0, 5 для 6 п. н. и 12 п. пар.

Потери мощности в сглаживающих реакторах сглаживающих устройств (фильтров) (7. 5. 60) где r. P Потери мощности в сглаживающих реакторах сглаживающих устройств (фильтров) (7. 5. 60) где r. P – активное сопротивление дополнительного реактора инвертора Мощность системы управления для тиристоров (7. 5. 61) Мощность системы охлаждения а) при естественном охлаждении (7. 5. 62) б) принудительном охлаждении (7. 5. 63) На рисунке 7. 5. 8 показана зависимость и коэффициента полезного действия шести и двеннадцати пульсового инвертора от входного тока IИ

Рисунок 7. 5. 8 – Коэффициент полезного действия 6 и 12 пульсовых управляемых выпрямителей Рисунок 7. 5. 8 – Коэффициент полезного действия 6 и 12 пульсовых управляемых выпрямителей и инверторов.