 |
Полная внешняя характеристика преобразователя
|
|
|
|
Большое значение для оценки эффективности работы преобразователя, особенно предназначенного для устройств электрической тяги, имеет внешняя характеристика, устанавливающая зависимость выпрямленного (инвертируемого) напряжения от тока нагрузки: Ud = f(Id).
Для выпрямительного режима работы управляемого и неуправляемого (a = 0) преобразователя уравнение внешней характеристики имеет вид:
(6)
для инверторного –
(7)
Построение внешних характеристик обобщенного выпрямительно-инверторного преобразователя приведено на рис. 18.
Рис. 18. Внешние характеристики обобщенного
выпрямительно-инверторного преобразователя
Внешние характеристики неуправляемого (прямая 1 на рис. 18) и управляемого (прямая 2) выпрямителей построены по выражению (6) соответственно при a = 0 и a ¹ 0.
Внешняя характеристика инвертора, рассчитанная по выражению (7), получена без учета повышения напряжения на вентильной обмотке преобразовательного трансформатора в инверторном режиме (см. рис. 18, прямая 3). Реализовать такую характеристику нельзя, так как будет затруднен переход выпрямительно-инверторного преобразователя из режима в режим, поэтому для обеспечения 
целесообразно иметь характеристику инвертора с учетом повышения напряжения в инверторном режиме как продолжение характеристики неуправляемого выпрямителя (см. рис. 18, прямая 4).
Для анализа работы инвертора и определения предельного тока инвертирования Idинв.max требуется кроме внешней построить ограничительную характеристику (см. рис. 18, прямая 5). Последняя является зеркальным отображением относительно оси ординат внешней характеристики условного выпрямителя, которая строится по выражению:
|
|
|
(8)
где δmin – минимальное значение угла восстановления, при котором обеспечивается нормальная коммутация тока тиристорами инвертора.
Значение δmin определяется из выражения:
δmin = δ0 + τ, (9)
где δ0 – время выключения тиристоров в угловых единицах при токе Idинв.max;
τ – угол запаса, равный 5 - 10° при частоте f 50 Гц.
Для тиристоров время δ0 дается в справочной литературе и составляет 50-200 мкс, или 0,9-3,6°.
Нормальная работа инвертора обеспечивается при условии:
β ³ γmax + δmin, (10)
где γmax – угол коммутации при максимальном рабочем токе Idинв.max.
Если с увеличением тока инвертора Idинв, а соответственно и угла коммутации γ, условие (10) будет нарушено, то произойдет опрокидывание инвертора, т. е. короткое замыкание системы «электровоз – инвертор».
Значение предельного (максимального) тока инвертора Id инв.max, при котором еще сохраняется его устойчивая работа, определяется графически точкой пересечения внешней и ограничительной характеристик.
Внешние восходящие характеристики инвертора при неизменных значениях угла β называют естественными. Для предотвращения опрокидывания инвертора при больших токах применяют компаундирование, устанавливая автоматическую зависимость угла опережения β от тока инвертирования. Такие внешние характеристики называют искусственными (могут быть возрастающими, горизонтальными или падающими).
Условия перевода преобразователя из выпрямительного режима в инверторный:
– изменение полярности присоединения преобразователя к тяговой сети таким образом, чтобы вентили были включены в проводящем направлении;
|
|
|
– в качестве рабочей части периода переменного напряжения необходимо использовать ту, при которой напряжение фаз вентильной обмотки трансформатора встречно по отношению к напряжению тяговой машины в генераторном режиме;
– в схеме инвертирования возможно использовать лишь управляемые вентили, их свойства и система управления должны обеспечивать надежное запирание и четкое открытие; причем вентиль необходимо запереть при согласном направлении u2 и Ed и открыть при встречном;
– в контуре тока при инверторном режиме целесообразно иметь бóльшую индуктивность, чем в выпрямительном. Благодаря этому увеличивается продолжительность открытого состояния вентилей и существенно уменьшается ток в аварийных режимах (конструктивно – введение в схему добавочного реактора);
– с целью обеспечения плавного входа тяговых машин постоянного тока в режим торможения требуется иметь напряжение холостого хода на стороне постоянного тока одинаковым для обоих режимов (выпрямительного и инверторного). Это заставляет при переходе из выпрямительного режима в инверторный увеличивать напряжение вентильных обмоток трансформатора (конструктивно – дополнительные витки вентильных обмоток трансформатора или включение вольтодобавочного трансформатора);
– угол опережения открытия β должен выбираться бóльшим угла коммутации γ для предотвращения опрокидывания инвертора. В конце периода коммутации после спадания прямого тока в контуре работавшей фазы до нуля тиристоры еще способны пропускать ток в течение времени выключения, требуемого для восстановления запирающих свойств вентиля;
– как правило, значение угла β выбирается в диапазоне 20-25 электрических градусов.
3. Качество электрической энергии в системах
с преобразователями
Выпрямитель является генератором электрической энергии постоянного тока. Любой генератор характеризуется напряжением на выходных зажимах. Уровень напряжения определяется внешней характеристикой преобразователя и степенью искажения формы кривой выпрямленного напряжения, то есть содержанием высших гармонических составляющих.
Выпрямитель является потребителем электрической энергии переменного тока. Любой потребитель характеризуется качеством (формой) потребляемого из сети тока. Потребляемый ток характеризуется по степени искажения формы кривой и по величине сдвига кривой сетевого тока относительно напряжения сети.
|
|
|
|
|
|
