Спектральный состав напряжения на входе сглаживающих фильтров ТПС постоянного тока

Наиболее часто для выпрямительно-инверторных преобразователей ТПС постоянного тока применяются шестипульсовые схемы. Простейшая мостовая схема шестипульсового выпрямителя показана на рис. 9.7, где преобразовательный трансформатор с внешней сетью представлены источниками ЭДС и индуктивностями рассеивания Xs, а тяговые двигатели со сглаживающей катушкой замещены 7?Т-цепочкой.

Мостовая схема шестипульсового выпрямителя

Рис. 9.7. Мостовая схема шестипульсового выпрямителя

При работе выпрямителя происходит поочередное переключение вентилей, причем переход тока с одного вентиля на другой происходит в середине интервала времени включения третьего вентиля. Например, переход тока с вентиля VD1 на вентиль VD2 при превышении напряжения на вентиле VD2 происходит в середине интервала времени работы вентиля VD6. Этот процесс переключения вентилей называется коммутацией, и при отсутствии тока нагрузки он происходит практически мгновенно. В итоге на холостом ходу при симметричном входном трехфазном напряжении выпрямитель выдает пульсирующее напряжение, выделяя максимальные значения из шести половинок синусоиды (рис. 9.8,а).

Период выпрямленного напряжения равен 3,33 мс, так что это напряжение имеет постоянную составляющую и гармоники с частотами, кратными 300 Гц. Поскольку питание выпрямителя производится от сети 50 Гц, при некоторых условиях частоты гармоник могут оказаться кратными 100 Гц и даже 50 Гц. По этой причине за базовую частоту принимают 50 Гц и говорят о частоте 300 Гц как о шестой гармонике. Период напряжения равен к/3, так как со-2к!Т, Т -20 мс. В гармоническом составе выпрямленного напряжения присутствуют гармоники, кратные шести, с номерами 6, 12, 18 и так далее.

Выпрямленное напряжение при различных режимах

Рис. 9.8. Выпрямленное напряжение при различных режимах

На рисунке 9.8, б показана кривая выпрямленного напряжения при несимметрии входного напряжения, когда амплитуда синусоиды второй фазы больше амплитуд первой и третьей фазы. Второй и пятый (соответствующий нижней части синусоиды) импульсы оказываются больше соседних импульсов. Период выпрямленного напряжения равен Г = 10 мс, а частота первой гармоники f =1/Г = 100 Гц. Период выпрямленного напряжения в этом случае равен я.

При появлении у выпрямителя нагрузки начинают играть роль процессы, определяемые наличием в цепи целого ряда индуктивных элементов, препятствующих резким изменениям тока. При токе в нагрузке ее индуктивность Xd поддерживает ток на почти постоянном уровне, и на запирающемся вентиле ток должен скачком упасть до нуля, а на вновь отпертом возрасти до уровня тока Id . Разумеется, этого не происходит из-за наличия в цепи вентилей индуктивных элементов Xs, так что некоторое время после отпирания подхватывающего вентиля запирающийся вентиль еще отперт; этот отрезок времени, в течение которого схема выглядит ненормально - в ней целых три отпертых вентиля - называется временем коммутации, а в единицах cot - углом коммутации у вентилей. Рис. 9.8,в изображает коммутацию вентилей. Угол коммутации у сильно влияет на спектральный состав выпрямленного напряжения, в целом увеличивая уровень высших гармоник.

При управляемых вентилях начало коммутации может быть задержано относительно естественного момента отпирания.

Величина угла коммутации у в шестипульсовой схеме определяется известным выражением

где Id - величина выпрямленного тока, Xs - индуктивное сопротивление трансформатора и питающей сети переменного тока, отнесенное к числу витков вентильной обмотки; Е2 - действующее значение фазного напряжения вентильной обмотки.

При малых у <7Г / 6 cos / = 1 - 0,5у2 и при учете соотношения

где SRP - мощность короткого замыкания на шинах питающего напряжения подстанции, SH - номинальная мощность трансформатора, ?,=2,62 кВ, ик напряжение короткого замыкания трансформатора в процентах, получим

где SRP - в мегавольт-амперах, SH в киловольт-амперах, Id - в амперах. При двух трансформаторах - тяговом и преобразовательном - вместо ик / S и берется сумма 11 кт / SHm + икпр / SHnp.

С увеличением нагрузки выпрямителя растет угол коммутации У и амплитуды гармоник, и тогда при расчете напряжения шума (псо- фометрических помех) на отдельной фидерной зоне двухстороннего питания нагрузку одной тяговой подстанции берут равной номинальной нагрузке, а другой - половине от номинальной нагрузки.

Если питающее тяговую подстанцию напряжение строго симметрично, то на выходе неуправляемого выпрямителя появляются гармоники с номерами к, равными 6, 12, 18 и т.д.

При несимметрии питающего трехфазного напряжения в выходном напряжении выпрямителя появляются четные гармоники под номерами 2, 4, 8 и т.д. Напряжения этих гармоник обычно существенно меньше гармоник, кратных 6.

Гармоники выпрямителя ТПС снижаются сглаживающими фильтрами ТПС.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >