Проектирование преобразователя для тяговой подстанции постоянного тока

     Действующее значение каждой гармоники определяется по выражению 

      

. (7.2) 

     По  выражению (7.2) можно определить действующее  значение гармоники U_da0n, учитывая, что для неуправляемого  преобразователя a = 0.

     Действующее значение переменной составляющей выпрямленного напряжения характеризует результирующее влияние всех гармоник и определяется по формуле:

      

. (7.3)

     при a = 0 формула (7.3) принимает вид:

                                                   

.                                            (7.4)

     Качество  выпрямленного напряжения определяется коэффициентом полной волнистости. Для неуправляемого выпрямителя

      

.  (7.5)

     Для управляемого выпрямителя

                                                       

.                                                (7.6)

     В курсовой работе определен коэффициент полной волнистости в неуправляемом и управляемом выпрямительных режимах.

     Результаты расчетов для неуправляемого и управляемого режимов приведены в таблице 3 и 4 соответственно.

      Таблица 3 – Результаты расчета действующего значения переменной составляющей выпрямленного напряжения и коэффициента полной волнистости преобразователя для неуправляемого выпрямителя 

 

     Таблица 4 – Результаты расчета действующего значения переменной составляющей выпрямленного  напряжения и коэффициента полной волнистости  преобразователя для управляемого выпрямителя 

 

     Сравнивая полученные значения ω_d0 c приведенным в [1] и со значениями для других схем выпрямления, можно сделать вывод о высоком качестве напряжения в двенадцатипульсовой схеме по сравнению с шестипульсовой. Для управляемого выпрямителя коэффициент полной волнистости больше, что отрицательно сказывается на качестве выпрямленного напряжения. 

      7.2 Качество сетевого тока 

     Форма кривой тока, потребляемого выпрямителем из сети или возвращаемого инвертором, несинусоидальна и содержит гармонические составляющие с порядковым номером 

      

, (7.7)

где k = 0, 1, 2, 3, …

     Если  принять g = 0 и X_d = ¥, то доля каждой гармоники I_1(n1) от основной или первой (f = 50 Гц) гармоники тока I₁₍₁₎  

      

, (7.8) 

а действующее  значение полного сетевого тока 

      

. (7.9) 

     Показателем качества этого тока является коэффициент  формы кривой сетевого тока

      n₀

, (7.10)

характеризующий совершенство схем.

     После преобразований из уравнений (7.9) и (7.10) можно получить формулу для определения коэффициента формы кривой сетевого тока: 

                                                       .                                            (7.11)

 

     Полученное  значение n₀ сопоставимо с приведенным в [1]. 

      7.3 Внешняя характеристика

     Большое значение для оценки эффективности  преобразователя, особенно предназначенного для устройств электрической  тяги, имеет внешняя характеристика, устанавливающая зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки: U_d = f(I_d).

     Для выпрямительного режима работы уравнение  внешней характеристики имеет вид:

      

 (7.12) 

     Таким образом, для проектируемого преобразователя при уравнение внешней характеристики примет вид:

     

     Для проектируемого преобразователя при  уравнение внешней характеристики примет вид:

     

     Графики внешних характеристик преобразователя приведены на рисунке 8. 

        

     Рисунок 8 – Внешние характеристики преобразователя 
 
 

      7.4 Характеристика коэффициента мощности 

     Коэффициент мощности показывает долю активной мощности P₁ от полной S₁, потребляемой выпрямителем (реализуемой инвертором) с данной схемой в зависимости от нагрузки, т. е.

      

. (7.13)

     Расчетным выражением для определения коэффициента мощности, справедливым для выпрямительного режима, является следующее: 

      

, (7.14) 

     Смысл аргумента косинусной функции –  угол сдвига первой гармоники сетевого тока относительно кривой питающего напряжения.

     В курсовой работе рассчитаны и построены зависимости для управляемого и неуправляемого режимов. При этом коэффициент формы кривой тока можно считать постоянным, а величину I_d изменять, каждый раз определяя g с учетом I_d и режима работы. Результаты расчетов для неуправляемого и управляемого режимов приведены в таблице 5 и 6 соответственно.

    Таблица 5 – Результаты расчета коэффициента мощности преобразователя для неуправляемого режима 

 

    Таблица 6 – Результаты расчета коэффициента мощности преобразователя для управляемого режима 

 

      Графики зависимости коэффициента мощности от коэффициента нагрузки приведены на рисунке 9.

 

Рисунок 9 – Графики зависимости коэффициента мощности от коэффициента нагрузки

      7.5 Характеристика коэффициента полезного действия 

     Характеристика  коэффициента полезного действия (КПД) показывает отношение мощности P_d, отдаваемой выпрямителем нагрузке в данном режиме работы, к активной мощности Р₁, потребляемой из питающей сети. Расчетным выражением для определения КПД будет следующее: 

      

, (7.15) 

где P_d – мощность на стороне постоянного тока, 

      P_d = U_d I_d ; (7.16) 

     DP – активные потери в схеме преобразователя;

          DP_т – потери мощности в трансформаторе (потерями в уравнительном реакторе можно пренебречь),

      

, (7.17) 

где    P_х.х – потери холостого хода трансформатора;

          P_к.з – потери короткого замыкания трансформатора;

     DP_в – потери мощности в вентилях преобразователя, 

      

, (7.18) 

где  n_a – число параллельных секций, n_a = 1;

       DP_с.н – потери мощности в устройствах собственных нужд преобразователя, включающие потери в системах управления и охлаждения, а также в устройствах защиты;

       DP_р – потери мощности в сглаживающем реакторе,

      DP_р = R_p I_d², (7.19) 

где R_p – активное сопротивление обмотки реактора.

     Потери  мощности DP_с.н не зависят от схемы и режима преобразователя, поэтому допустимо в курсовой работе их не учитывать. Так как в курсовой работе не выбирается сглаживающий реактор, то потери мощности DP_р также можно не учитывать.