Электровозы переменного тока со статическими преобразователями - Тихменев Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Однако в предварительном выяснении некоторых соотношений, а также при сравнении схем и способов регулирования целесообразно выпрямленный ток полагать идеально сглаженным
-Ie= const), что соответствует бесконечно большой индуктивности в цепи нагрузки выпрямителя (LB = оо). Кроме этого, принимаем угол перекрытия 7 = 0, т. е. индуктивность обмоток трансформатора бесконечно малой.
Выясним при этих допущениях основные соотношения для схем выпрямления однофазного тока.
Мгновенное значение мощности выпрямителя равно
P = Ub Ie,
или
P - IeUм si"0^ = К V2 U sinЫ,
где U- эффективное значение напряжения фазы вторичной обмотки трансформатора для схемы с нулевым выводом или всей вторичной обмотки для мостовой схемы.
Средняя мощность за период пульсации выпрямленного напряжения (полупериод напряжения переменного тока) равна
U sin iutduit.
Но
f.
\ V2U smrtdat = = Ueoi (1)
о
г. е. равно среднему значению или постоянной составляющей выпрямленного напряжения.
Следовательно,
P=UeoI.- (2)
Переход тока с одной фазы па другую в схеме с нулевым выводом или изменение направления тока во вторичной обмотке трансформатора в мостовой схеме сопровождается изменением направления тока в первичной обмотке трансформатора. В течение полупериода, если не принимать во внимание малого по величине тока холостого хода трансформатора, ток в первичной обмотке, подобно вторичному току, остается постоянным и равным
21
І j- =Ij =
(3)
!Li =L1
Ur ' k
где Ut -напряжение сети, приложенное к первичной обмотке трансформатора; k - коэффициент трансформации.
Следовательно, ток в первичной обмотке имеет прямоугольную форму, изображенную на рис. 4.
Ток прямоугольной формы может рассматриваться как результат наложения на первую (основную) гармонику тока, имеющую ту же периодичность, что и сам несинусоидальный ток, - ряда гармоник высшего порядка. Активная мощность передается только основной гармоникой тока, поскольку она имеет ту же периодичность, что и напряжение сети. Это, очевидно, .справедливо, если
напряжение сети имеет синусоидальную форму И НЄ СОДерЖИТ BbICL - ших гармоник. vi Таким образом, активная лющ-
" ность, потребляемая из сети, равна
P = Ut hcoscp, ч>
рис 4 где I1 - эффективное значение ос-
новной гармоники первичного тока.
Для несинусоидальной периодической функции, имеющей симметричную форму за полупериод, амплитуда основной гармоники совпадает с серединой полупериода несинусоидальной кривой. Следовательно, для рассматриваемого случая (Le = оо, у = 0)
I1 совпадает по фазе с Ut (рис. 4) и cos? = 1, а
P=Ut I1.
Амплитуда основной гармоники
А
1 T
KlL
71
,/2/,=4}
Iт sin wt dwt = - It ,
TT
или
J1--- It ¦
Следовательно, активная мощность
P = LSIutIt,
Tt
тогда как кажущаяся мощность равна Ut It, поскольку эффективное значение тока прямоугольной формы (рис. 4) равно It Таким образом, хотя cos9 = 1, активная мощность, потребляемая выпрямителем, меньше кажущейся мощности и коэффициент мощности
22
_ P 2^-QQ 1X0 - UtIT ~ --"
что является результатом несинусоидальной формы тока.
Значение коэффициента мощности может быть определено также по мощности в цепи выпрямленного тока UeoIe и кажущейся мощности вторичной обмотки трансформатора Ule
UnnIe 2 1/2
Fo =
UL
Коэффициент мощности характеризует увеличение нагрузки сети и устройств энергоснабжения, вызываемое сдвигом тока по фазе относительно напряжения и наличием высших гармоник тока (в данном случае сдвиг по фазе отсутствует). Одновременно коэффициент мощности характеризует увеличение нагрузки обмоток трансформатора электровоза. Для мостовой схемы типовая мощность трансформатора должна быть увеличена в отношении
1 __ я
Fo "2 у/2 = 1'П-
Для схемы с нулевым выводом типовая мощность трансформатора дополнительно увеличивается в связи с худшим использованием вторичной обмотки, по фазам которой ток протекает поочередно. Эффективный ток фазы равен
Соответственно мощность вторичной обмотки ^2 = 2 j^- IeU = ^2 UIe.
Мощность первичной обмотки
P1=Ut IT =kU -Ie = UIe, а суммарная мощность обмоток
Рг + Р2 = (\ +V^) UIe, гак как мощности первичной и вторичной обмоток для мостовой схемы равны UIe и суммарная мощность равна 2UIe, то нетрудно найти, что для схемы с нулевым выводом типовая мощность трансформатора больше, чем для мостовой схемы в отношении
(\ + У2)Шв
2UIa ~ ' ' а коэффициент типовой мощности для схемы с нулевым выводом
k - " ¦ 1 + - ! 34
тм 2 V2 2
23
Таким образом, для схемы с нулевым выводом требуется трансформатор повышенной типовой мощности, соответственно больших габаритных размеров и веса. Вес меди обмоток трансформатора ДЛЯ схемы С нулевым ВЫВОДОМ If потери в меди больше в отношении коэффициента типовой мощности.
Эти схемы отличаются также условиями работы вентилей и потерями в вентилях. Условия работы вентиля характеризуются величиной среднего по времени значения тока нагрузки Icp и амплитудой обратного напряжения Um. обр, которое вентиль должен выдерживать в процессе выпрямления. В первом приближении габаритные размеры вентиля определяются произведением Um.обр Icp-
