Меню

Устройство для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения

Краткие теоретические сведения. Трансформатор — статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого

Трансформатор — статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформатор состоит из стального сердечника, собранного из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга с целью снижения потерь мощности на гистерезис и вихревые токи.

На сердечнике однофазного трансформатора (рис. 1) в простейшем случае расположены две обмотки, выполненные из изолированного провода, содержащие различное число витков: первичная обмотка содержит витков, а вторичная обмотка – витков.

К первичной обмотке подводится питающее напряжение . С вторичной его обмотки снимается напряжение , которое подводится к потребителю электрической энергии.

Отношение напряжения вторичной обмотки напряжения к напряжению первичной обмотки называют коэффициентом трансформации по напряжению:

Отношение тока вторичной обмотки к току первичной обмотки называют коэффициентом трансформации по току:

Коэффициент передачи есть обратная величина коэффициента трансформации, то есть коэффициент передачи по напряжению равен , а коэффициент передачи по току .

Во многих случаях трансформатор имеет не одну, а две или несколько вторичных обмоток, к каждой из которых подключается свой потребитель электроэнергии. Переменный ток, проходя по виткам первичной обмотки трансформатора, возбуждает в сердечнике магнитопровода переменный магнитный поток . Изменяясь во времени по синусоидальному закону , этот поток пронизывает витки как первичной, так и вторичной обмоток трансформатора. При этом в соответствии с законом электромагнитной индукции в обмотках будет наводиться ЭДС, мгновенные значения которой будут изменяться по синусоидальному закону:

где и – амплитудные значения ЭДС соответственно в первичной и вторичной обмотках.

Действующие значения ЭДС, наводимых соответственно в первичной и вторичной обмотке трансформатора, определяются по формулам:

Напряжение, подводимое в режиме холостого хода к трансформатору, в соответствии со вторым законом Кирхгофа для первичной обмотки, может быть представлено как сумма:

где – ток холостого хода трансформатора, – комплексное сопротивление первичной обмотки, – ее активное сопротивление; – ее индуктивное сопротивление, обусловленное потоками рассеяния.

Ток во вторичной обмотке нагруженного трансформатора, согласно закону Ома, определяется выражением

В нагрузочном режиме трансформатора можно выделить три магнитных потока (рис. 1): основной поток , сцепленный с витками первичной и вторичной обмоток, поток рассеяния первичной обмотки и поток рассеяния вторичной обмотки. ЭДС, индуктируемые в обмотках потоками и рассеяния, учитываются обычно при помощи соответственно индуктивных сопротивлений и рассеяния первичной и вторичной обмоток. Потоки и рассеяния обмоток пропорциональны соответствующим токам в обмотках и совпадают с ними в фазе. Эти потоки рассеяния индуктируют в обмотках ЭДС и , отстающие по фазе от магнитных потоков, а следовательно, и токов и на угол .

ЭДС от магнитных потоков рассеяния уравновешиваются составляющими напряжения:

где и – комплексные сопротивления рассеяния обмоток; и – индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток; , – потокосцепления рассеяния первичной и вторичной обмоток; – угловая частота переменного тока.

Составляющие напряжения и опережают токи и на угол . В соответствии со вторым законом Кирхгофа для первичной и вторичной обмоток нагруженного трансформатора можно записать уравнения электрического состояния

где – ток первичной обмотки нагруженного трансформатора; – комплексное полное сопротивление вторичной обмотки, – ее активное сопротивление; – ее индуктивное сопротивление, обусловленное потоками рассеяния .

Падения напряжений и в обмотках трансформатора обычно не превышают 4–10 % от напряжений и , поэтому можно считать, что в режиме нагрузки трансформатора сохраняются равенства и . Если напряжение на первичной обмотке , то амплитуда магнитного потока будет постоянной пределах от холостого хода до номинальной нагрузки в трансформаторе, то есть

В режиме нагрузки выполняется уравнение равновесия намагничивающих сил обмоток трансформатора:

Исследование работы трансформатора при нагрузке удобно проводить на основе векторных диаграмм, построенных для приведенного трансформатора, заменяющего реальный трансформатор, у которого параметры вторичной обмотки приведены к числу витков первичной обмотки. В соответствии с этим приведенный трансформатор должен иметь коэффициент трансформации, равный единице . В процессе определения параметров вторичной обмотки приведенного трансформатора все параметры первичной обмотки остаются неизменными. При замене реального трансформатора приведенным трансформатором активные, реактивные и полные мощности, а также коэффициент мощности вторичной обмотки трансформатора должны оставаться постоянными. Исходя из этого, расчетные соотношения для приведенного трансформатора имеют вид:

· вторичная приведенная ЭДС ,

· приведенное вторичное напряжение ,

· приведенный вторичный ток ,

· приведенное активное сопротивление вторичной обмотки ,

· приведенное реактивное индуктивное сопротивление вторичной обмотки ,

· приведенное полное сопротивление вторичной обмотки ,

· приведенное полное сопротивление нагрузки .

Через приведенные параметры трансформатора уравнение электрического равновесия вторичной обмотки имеет вид:

Из уравнения намагничивающих сил обмоток для приведенного трансформатора можно записать

Так же, как для катушки со стальным сердечником ЭДС , равную , можно заменить векторной суммой активного и реактивного индуктивного падений напряжения

где – активное сопротивление, обусловленное магнитными потерями мощности в магнитопроводе трансформатора; – индуктивное сопротивление, обусловленное основным магнитным потоком трансформатора.

По уравнениям приведенного трансформатора можно составить схему замещения трансформатора (рис. 2) и построить векторную диаграмму. Векторная диаграмма трансформатора для случая активно-индуктивной нагрузки приведена на рисунке 3.

При опыте холостого хода к первичной обмотке трансформатора подводится напряжение, равное номинальному его значению . Вторичная обмотка трансформатора при этом разомкнута, так как в цепи ее отсутствует нагрузка. В результате этого ток во вторичной обмотке оказывается равным нулю, в то время как в цепи первичной обмотки трансформатора будет ток холостого хода , значение которого невелико и составляет 4–10 % от номинального значения тока в первичной обмотке. При таком токе потерями в обмотках можно пренебречь и считать, что все потери в трансформаторе являются магнитными потерями в магнитопроводе, обусловленные действием вихревых токов и гистерезиса (перемагничивание стали).

Качественные рабочие характеристики трансформатора в нагрузочном режиме приведены на рисунке 4.

Опыт короткого замыкания трансформатора проводится в процессе исследований трансформатора для определения электрических потерь мощности в проводах обмоток и параметров упрощенной схемы замещения трансформатора. Этот опыт проводится при пониженном напряжении на первичной обмотке так, чтобы при замкнутой накоротко вторичной обмотке токи в обмотках соответствовали номинальным значениям , . При опыте короткого замыкания напряжение, подводимое к первичной обмотке, мало и равно . Отсюда следует, что магнитный поток и магнитная индукция трансформатора будут также малы. Как известно, магнитные потери в магнитопроводе пропорциональны квадрату магнитной индукции, поэтому в опыте короткого замыкания трансформатора ими можно пренебречь.

Описание лабораторного стенда и рабочее задание

1. Ознакомиться с приборами, аппаратами и оборудованием съемной панели (рис. 5) лабораторного стенда, используемого для испытания однофазного трансформатора. Занести в таблицу 1 номинальные технические данные опытного трансформатора, имеющего следующие паспортные данные: тип ТПП251-127/220-50, номинальная мощность , номинальное напряжение на вторичной обмотке , номинальный ток в первичной обмотке , а во вторичной обмотке соответственно

Рис. 1. Лабораторная установка для исследования однофазного трансформатора

2. Провести опыт холостого хода трансформатора. В соответствии с принципиальной схемой (рис. 5) собрать электрическую цепь для проведения опыта холостого хода трансформатора. Питание электрической цепи осуществить от регулируемого источника синусоидального напряжения (с помощью автотрансформатора). Установить напряжение на первичной обмотке трансформатора равным номинальному напряжению . Измерить напряжения и , ток , мощность в первичной обмотке с помощью амперметра , вольтметра и ваттметра , установленными на стенде. Показания приборов занести в таблицу 2 в строку «опыт х.х.».

Режим работы Опыт Расчет
Опыт х.х.
Работа под нагрузкой 0,25
0,5
0,75
1,25
Опыт к.з.

3. По данным опыта холостого хода определить параметры схемы замещения трансформатора, представленной на рисунке 2, используя следующие соотношения:

4. Используя паспортные данные трансформатора пункта 1 рабочего задания, рассчитать номинальные токи в первичной и вторичной обмотках трансформатора и занести их в таблицу 1:

5. Испытать однофазный трансформатор в режиме нагрузки. В режиме нагрузки трансформатора вторичная цепь замкнута на нагрузочное сопротивление и по ней проходит ток . После того, как ключи и установлены в нужное положение (ключ замкнут, ключ разомкнут на рисунке 5) при помощи нагрузочного реостата , изменяя сопротивление нагрузки, установить значения коэффициента нагрузки в диапазоне, согласно данным таблицы 2. Заполнить строки таблицы 2 «Работа под нагрузкой» трансформатора, используя полученные опытные данные и расчетные соотношения:

· КПД трансформатора .

6. Определить снижение напряжения на вторичной обмотке при различных значениях коэффициента нагрузки :

где – напряжение на вторичной обмотке при заданной нагрузке.

По данным таблицы 2 построить в масштабе рабочие характеристики трансформатора в нагрузочном режиме, а именно: расчетные зависимости , , и .

7. Испытать однофазный трансформатор в режиме короткого замыкания. В опыте короткого замыкания на первичную обмотку подать пониженное напряжение , при котором токи в обмотках равны номинальным значениям , . Ключ замкнут (рис. 5). Показания приборов занести в таблицу 2 в строку «Опыт к.з.».

По данным таблицы 2 определить значение напряжения короткого замыкания в процентах от номинального:

а также активную

и реактивную составляющие напряжения короткого замыкания.

8. Из опыта короткого замыкания определить параметры схемы замещения трансформатора

Параметры схемы замещения трансформатора записать в таблицу 3.

Вопросы к защите

1. Что называют внешней характеристикой трансформатора?

2. Какое влияние оказывает характер нагрузки на вид внешней характеристики трансформатора?

3. Каким экспериментом можно определить отношение чисел витков первичной и вторичной обмоток трансформатора?

4. Почему в режиме х.х. трансформатора его магнитопровод нагревается, а обе обмотки остаются холодными?

5. Почему в режиме опыта к.з. трансформатора обе его обмотки нагреты, а магнитопровод остается холодным?

6. Почему ток х.х. трансформатора значительно меньше номинального?

7. Что называется трансформатором?

8. Объяснить, для чего и каким образом проводится опыт холостого хода трансформатора.

9. Объяснить, для чего и каким образом проводится опыт короткого замыкания трансформатора.

10. В чем состоит отличие аварийного короткого замыкания?

11. Найти число витков обмотки трансформатора для получения в режиме холостого хода напряжения на вторичной обмотке U2 = 12 B при напряжении первичной обмотки U1 = 220 B, если частота сети равна 50 Гц, а максимальное значение главного магнитного потока в сердечнике трансформатора Фm = 0,0036 Вб.

12. Трансформатор включен в сеть с напряжением . Напряжение на вторичных зажимах . Ток нагрузки . Обмотка имеет витков. Определить число витков вторичной обмотки и площадь поперечного сечения проводов, из которых сделаны обмотки, если максимально допустимая плотность тока равна .

13. Однофазный трансформатор работает в режиме холостого хода. Напряжение сети U1 = 5500 B, мощность потерь Р = 1450 Вт при токе I = 3 А. Определить коэффициент мощности в режиме холостого хода, полное сопротивление первичной обмотки и его активную и индуктивную составляющие.

14. Два трансформатора одинаковой мощности рассчитаны на одно и то же номинальное напряжение. У первого число витков первичной и вторичной обмоток больше, чем у второго. У какого трансформатора сечение сердечника будет меньшим?

Содержание отчета

1. Выполнение домашнего задания.

2. Указать номинальные паспортные данные опытного трансформатора и привести электрическую схему испытаний однофазного трансформатора под нагрузкой.

3. Представить результаты испытаний трансформатора в виде таблицы, дополнив ее расчетными данными, характеризующими работу трансформатора в опытах холостого хода, короткого замыкания и под нагрузкой.

4. Указать данные снижения напряжения на вторичной обмотке при различных коэффициентах нагрузки.

5. Привести схему замещения трансформатора и выполнить расчет ее параметров.

Лабораторная работа № 8

ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

Цель работы: Изучение принципа работы, схема включения и назначения.

Домашнее задание

1. Назначение измерительных трансформаторов напряжения и тока и чем отличаются друг от друга?

2.Почему разомкнутое состояние вторичной обмотки трансформатора тока (ТТ) является аварийным режимом, а для трансформатора напряжения (ТН) является рабочим режимом?

3. В чем заключается различие схем включения ТТ и ТН? Приведите примеры схем включения измерительных трансформаторов.

4. Почему число витков вторичной обмотки в трансформаторе тока должно быть много больше числа витков первичной обмотки?

5. В каких случаях первичная обмотка ТТ представляет собой один виток, как показано на рис. 1.

6. С какой целью в трансформаторе тока вторичная обмотка закорачивается через амперметр накоротко или через малое по величине сопротивление шунта?

Источник

Преобразователи напряжения. Виды и устройство. Работа

Преобразователем напряжения называется устройство, которое изменяет вольтаж цепи. Это электронный прибор, который используется для изменения величины входного напряжения устройства. Преобразователи напряжения могут повышать или понижать входное напряжение, в том числе менять величину и частоту первоначального напряжения.

Необходимость применения данного устройства преимущественно возникает в случаях, когда необходимо использовать какой-либо электрический прибор в местах, где невозможно использовать имеющиеся стандарты или возможности электроснабжения. Преобразователи могут использоваться в виде отдельного устройства либо входить в состав систем бесперебойного питания и источников электрической энергии. Они широко применяются во многих областях промышленности, в быту и других отраслях.

Устройство

Для преобразования одного уровня напряжения в иное часто используют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:

  • Инвертирующие.
  • Повышающие.
  • Понижающие.

Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:

  • Ключевой коммутирующий элемент.
  • Источник питания.
  • Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
  • Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.
  • Блокировочный диод.
Читайте также:  Значение пускового тока для акб

Включение указанных пяти элементов в разных сочетаниях дает возможность создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.

Регулирование уровня выходящего напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, которые управляют работой ключевого коммутирующего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения создает автоматическое изменение ширины импульсов.

Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике.

Устройство трансформатора включает следующие элементы:
  • Магнитопровод.
  • Первичная и вторичная обмотка.
  • Каркас для обмоток.
  • Изоляция.
  • Система охлаждения.
  • Другие элементы (для доступа к выводам обмоток, монтажа, защиты трансформатора и так далее).

Напряжение, которое будет выдавать трансформатор на вторичной обмотке, будет зависеть от витков, которые имеются на первичной и вторичной обмотке.

Preobrazovateli napriazheniia povyshaiushchii

Существуют и другие виды преобразователей напряжения, которые имеют иную конструкцию. Их устройство в большинстве случаев выполнено на полупроводниковых элементах, так как они обеспечивают значительный коэффициент полезного действия.

Принцип действия

Преобразователь напряжение вырабатывает напряжение питания необходимой величины из иного питающего напряжения, к примеру, для питания определенной аппаратуры от аккумулятора. Одним из главных требований, которые предъявляются к преобразователю, является обеспечение максимального коэффициента полезного действия.

Преобразование переменного напряжения легко можно выполнить при помощи трансформатора, вследствие чего подобные преобразователи постоянного напряжения часто создаются на базе промежуточного преобразования постоянного напряжения в переменное.
  • Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
  • Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
  • В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.
  • Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
  • Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.
  • В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.
В иды

Преобразователи можно классифицировать по ряду направлений.

Преобразователи напряжения постоянного тока:
  • Регуляторы напряжения.
  • Преобразователи уровня напряжения.
  • Линейный стабилизатор напряжения.
Преобразователи переменного тока в постоянный:
  • Импульсные стабилизаторы напряжения.
  • Блоки питания.
  • Выпрямители.
Преобразователи постоянного тока в переменный:
Преобразователи переменного напряжения:
  • Трансформаторы переменной частоты.
  • Преобразователи частоты и формы напряжения.
  • Регуляторы напряжения.
  • Преобразователи напряжения.
  • Трансформаторы разного рода.
Преобразователи напряжения в электронике в соответствии с конструкцией также делятся на следующие типы:
  • На пьезоэлектрических трансформаторах.
  • Автогенераторные.
  • Трансформаторные с импульсным возбуждением.
  • Импульсные источники питания.
  • Импульсные преобразователи.
  • Мультиплексорные.
  • С коммутируемыми конденсаторами.
  • Бестрансформаторные конденсаторные.
Особенности
  • При отсутствии ограничений по объему и массе, а также при высоком значении питающего напряжения преобразователи рационально использовать на тиристорах.
  • Полупроводниковые преобразователи на тиристорах и транзисторах могу быть регулируемыми и нерегулируемыми. При этом регулируемые преобразователи могут применяться как стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
  • По способу возбуждения колебаний в устройстве могут быть схемы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Схемы с независимым возбуждением выполняются из усилителя мощности и задающего генератора. Импульсы с выхода генератора направляются на вход усилителя мощности, что позволяет управлять им. Схемы с самовозбуждением – это импульсные автогенераторы.

Preobrazovateli napriazheniia blok

Применение
  • Для распределения и передачи электрической энергии. На электростанциях генераторы переменного тока обычно вырабатывается энергия напряжением 6—24 кВ. Для передачи энергии на дальние расстояния выгодно использовать большее напряжение. Вследствие этого на каждой электростанции ставят трансформаторы, повышающие напряжение.
  • Для различных технологических целей: электротермических установок (электропечные трансформаторы), сварки (сварочные трансформаторы) и так далее.
  • Для питания различных цепей;

— автоматики в телемеханике, устройств связи, электробытовых приборов;
— радио- и телевизионной аппаратуры.

Для разделения электрических цепей данных устройств, в том числе согласования напряжений и так далее. Трансформаторы, применяемые в данных устройствах, в большинстве случаев имеют малую мощность и невысокое напряжение.

  • Преобразователи напряжения практически всех типов широко применяются в быту. Блоки питания многих бытовых приборов, сложных электронных устройств, инверторные блоки широко используются для обеспечения требуемого напряжения и обеспечения автономного энергоснабжения. К примеру, это может быть инвертор, который может быть использован для аварийного или резервного источника питания бытовых приборов (телевизор, электроинструмент, кухонная техника и так далее), потребляющих переменный ток напряжением 220 Вольт.
  • Наиболее дорогими и востребованными в медицине, энергетике, военной сфере, науке и промышленности являются преобразователи, которые имеют выходное переменное напряжение с чистой формой синусоиды. Подобная форма пригодна для работы устройств и приборов, которые имеют повышенную чувствительность к сигналу. К ним можно отнести измерительную и медицинскую аппаратуру, электрические насосы, газовые котлы и холодильники, то есть оборудование, в составе которых имеются электромоторы. Преобразователи часто необходимы и для продления времени службы оборудования.

Источник

Методические указания. Трансформатором называется электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого

Трансформатором называется электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, при той же частоте.

Устройство однофазного трансформатора: магнитопровод, на котором располагаются обмотки – первичная и вторичная.

Принцип действия трансформаторов основан на явлении взаимной индукции.

При изучении данной темы необходимо обратить внимание на специальные трансформаторы, их устройство и назначение.

Тема 6. 8. Электрические машины переменного тока

Студент должен знать:

· устройство, назначение, принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Уметь:

· определять параметры, пользоваться характеристиками электрических машин при анализе работы машин и аппаратов нефтегазоперерабатывающих производств

Назначение машин переменного тока и их классификация.

Получение вращающегося магнитного поля в трехфазных асинхронных электродвигателях и генераторах. Устройство машин переменного тока: статор электродвигателя и его обмоток. Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя. Частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора. Скольжение. Э.д.с., сопротивление и токи в обмотках статора и ротора. Вращающий электромагнитный момент асинхронного электродвигателя. Пуск в ход трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым и фазным роторами. Регулирование частоты вращения трехфазных электродвигателей. Однофазный электродвигатель. Потери энергии и к.п.д. асинхронного электродвигателя. Области применения асинхронных электродвигателей. Понятие о синхронном электродвигателе.

Читайте также:  Что такое тип ток приложение

Источник



Преобразователи переменного тока в переменный ток других параметров

Лекция 30.

Цель лекции: рассмотреть вопросы: назначение и классификация преобразователей переменного тока в переменных ток других параметров; регуляторы напряжения и коммутаторы.

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

Применение преобразователей частоты в электроэнергетике и в сис­теме электрической тяги. Полупроводниковые преобразователи пере­менного тока одних параметров (число фаз, напряжение, частота) в переменный ток других параметров служат, главным образом, для преобразования энергии однофазного или многофазного тока одной частоты в энергию однофазного или многофазного тока другой час­тоты, в большинстве случаев регулируемой. Такие преобразователи называются преобразователями частоты и служат, как правило, для питания двигателей трехфазного тока с регулируемой частотой вра­щения вала. При питании частотно-регулируемых двигателей одно­временно с регулированием частоты согласованно изменяется напря­жение. Поэтому преобразователи частоты являются в сущности пре­образователями частоты и напряжения.

В ряде случаев требуется регулирование лишь напряжения при постоянной частоте. Такие преобразователи могут служить регулято­рами напряжения. Простейшие регуляторы напряжения используются в качестве бесконтактных коммутаторов, применяемых вместо вы­ключателей и переключателей в цепях однофазного и трехфазного тока.

Особую группу преобразователей переменного тока составляют компенсаторы реактивной мощности.

Полупроводниковые преобразователи частоты применяются на со­временном электроподвижном составе и в автономных локомотивах с тяговыми двигателями трехфазного тока для преобразования элект­рической энергии, получаемой из тяговой сети или от собственной энергетической установки, в энергию трехфазного тока регулируемых частоты и напряжения. В устройствах электроснабжения электричес­ких железных дорог преобразователи частоты находят применение в системе электрической тяги однофазного тока пониженной частоты (Германия, Австрия) для преобразования трехфазного тока частотой 50 Гц в однофазный переменный ток частотой 16 2 /3 Гц.

Классификация преобразователей (рис. 10.1). Все виды преобразо­вателей переменного тока в переменный ток других показателей по функциональному назначению разделяются на регуляторы напряже­ния, преобразователи частоты, коммутаторы (выключатели) и регуля­торы реактивной энергии. По числу фаз различают трехфазно-одно-фазные, трехфазно-трехфазные, однофазно-однофазные и однофазно-трехфазные преобразователи.

Рис, 10.1. Структурная схема классификации полупроводниковых преобразователей переменного тока в переменный ток

Преобразователи частоты могут быть реализованы в виде схемы с промежуточным контуром постоянного тока и без промежуточного контура постоянного тока с непосредственной связью входной и вы­ходной цепей переменного тока посредством группы полупроводни­ковых приборов.

Преобразователи с промежуточным контуром постоянного тока представляют собой сложные двухступенчатые преобразователи, включающие в себя входной преобразователь в виде управляемого или неуправляемого выпрямителя, промежуточного звена с фильтром и выходного преобразователя в виде автономного инвертора напря­жения или тока. В зависимости от типа автономного инвертора кон­тур постоянного тока выполняется как звено, обеспечивающее посто­янное напряжение (обычно С или LC-фильтр), или как звено, поддер­живающее постоянство тока (фильтр в виде реактора со значительной индуктивностью). Такие преобразователи применяются на современ­ных электровозах и электропоездах переменного тока с асинхронны­ми и синхронными тяговыми двигателями трехфазного тока, а также на тепловозах.

Непосредственные преобразователи, обеспечивающие связь двух сетей (цепей) могут выполняться по схемам, в которых в процессе преобразования частоты и напряжения выключение управляемых полупроводниковых приборов в необходимые моменты времени осу­ществляется благодаря наличию ЭДС сети, приложенной к приборам в обратном направлении, как в выпрямителях с сетевой коммутацией. Вместо ЭДС питающей сети роль коммутирующей может выполнять ЭДС нагрузки, например вращающейся перевозбужденной синхронной машины. Возможно совместное использование в качестве источ­ников коммутирующей ЭДС питающей сети и цепи нагрузки (комби­нированная естественная коммутация).

Наиболее простыми и распространенными в электроэнергетике являются непосредственные преобразователи с сетевой коммутацией, среди которых важную роль играют непосредственные преобразова­тели частоты (НПЧ), которые в иностранной литературе называются циклоконверторами. Эти преобразователи имеют недостатки, связан­ные с трудностями плавного регулирования частоты, что ограничивает их применение в тяговом электроприводе. Частота на выходе НПЧ может изменяться дискретно, а максимальное ее значение не может превышать 73 частоты питающей сети.

Для устранения указанных недостатков в непосредственных преоб­разователях однооперационные тиристоры применяют с устройства­ми принудительной коммутации или используют запираемые тирис­торы или силовые транзисторы. Такие непосредственные преобразо­ватели с искусственной (принудительной) коммутацией часто выполняются по схеме с неявным внутренним контуром постоянного тока. Они по сложности сравнимы с преобразователями с промежу­точным контуром постоянного тока.

РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И КОММУТАТОРЫ

Схема трехфазного тиристорного регулятора напряжения при ра­боте на резистивную нагрузку (рис. 10.4) имеет два одновременно проводящих тиристора. При этом можно выделить две характерные зоны регулирования: с непрерывным напряжением на нагрузке (π/6 ≤ α ≤ π/2, см. рис. 10.4, г) и с прерывистым напряжением (π/2 ≤ α ≤ 5π/6, см. рис. 10.4, д). В первой зоне в каждый момент времени ток протекает по двум фазным нагрузкам, находящимся в последовательной цепи линейного напряжения, максимального по мо­дулю в момент включения очередного тиристора. Например, на ин­тервале π/3 ≤ ωt ≤ 2π/3 для α = π/3 при подаче сигналов управления на VT1 и VT6 в момент ωt = π/3 максимальным является линейное напряжение иab. Поэтому ток замыкается по цепи резисторов Ra и Rb

Рис, 10,4. Схема трехфазного тиристорного регулятора напряжения (а) и временное диаграммы фазного на­пряжения источника (б), токов в це­пях управления тиристоров (в), напря­жения на резистивной нагрузке фазы а при α1=π/3 (г) и α2=2π/3 (д)

через тиристоры VT1 и VT6. К резисторам Ra и Rb приложено по половине линейного напряжения иаЬ;На рассматриваемом интервале напряжение иаЬ также приложено к резисторам Ra и Rb. В момент Ш = 2л/3 при подаче сигналов управ­ления на тиристоры VT1 и VT2 максимальным является линейное напряжение иас, и цепь тока замыкается через резисторы Ra и Rc,

Во второй зоне регулирования напряжение на нагрузке в течение одного полупериода прерывистое. Поэтому в этой зоне регулирова­ния на тиристоры необходимо подавать сдвоенные импульсы управ­ления с интервалом π/3 или сигналы управления длительностью более π/3.

Эффективное значение фазного напряжения на нагрузке можно определить по выражению

Здесь

Максимальное значение фазного напряжения при α=π/6 согласно формуле (10.6). Аналогично можно составить выражение для UфR для второй зоны регулирования.

Работа регулятора на активно-индуктивную нагрузку вызывает особенности в формировании напряжения нагрузки, обусловленные коммутацией тиристоров на некотором конечном интервале, на кото­ром одновременно проводят ток три тиристора.

Кроме рассмотренной схемы трехфазного регулятора имеется не­сколько других вариантов включения тиристоров: соединение тре­угольником, открытой звездой с шестью тиристорами, открытой звез­дой с тремя тиристорами

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Adblock
detector