РАСЧЕТ  ВЫПРЯМИТЕЛЯ  НА  НАГРУЗКУ,  ИМЕЮЩУЮ  АКТИВНО-ИНДУКТИВНЫЙ  И  АКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ  ХАРАКТЕР

Темников  Евгений  Александрович

Е-mail :  EvgenTemnikov@mail.ru

Милютин  Алексей  Юрьевич

студенты  3  курса,  энергетического  института,  Омского  государственного  технического  университета,  РФ,  г.  Омск

Кусаин  Жарас  Ерланулы

студент  1  курса,  энергетического  института,  Омского  государственного  технического  университета,  РФ,  г.  Омск

Как  мы  знаем,  источники  электропитания  (ТЭС,  ГЭС,  АЭС  и  др.)  преобразуют  энергию,  содержащуюся  в  природных  источниках  (уголь,  вода,  газ,  мазут,  ядерное  топливо  и  т.  п.)  в  электрическую  энергию,  но  использование  таких  источников  затруднено  тем,  что  их  выходное  напряжение  почти  всегда  имеет  стандартное  переменной  значение.  Однако,  большое  количество  электрической  энергии,  потребляемой  в  нашей  стране  потребляется  в  виде  различных  значений  постоянного  напряжения  или  тока  с  нестандартной  частотой.  Для  питания  таких  потребителей  необходимы  источники  вторичного  электропитания,  в  которых  происходит  преобразование  электрической  энергии  с  помощью  различного  рода  выпрямителей.

1.  Расчет  выпрямителя  на  активно-индуктивную  нагрузку  электрических  аппаратов

В  данной  работе  мы  будем  рассчитывать  неуправляемый  выпрямитель,  если  известно  среднее  значение  выпрямленного  напряжения  и  тока:

U₀  =  60  В,  I₀  =  100  А.

Рисунок  1.  Эквивалентная  схема  однофазного  мостового  выпрямителя  при  нагрузке,  имеющей  активно—индуктивный  характер

Расчет  качественных  показателей  выпрямителя

Рассчитаем  значение  сопротивления  R₀  нагрузки,  используя  закон  Ома:

Рассчитаем  значение  индуктивности  нагрузки,  по  следующей  формуле,  если  известно,  что  X_L  -  индуктивное  сопротивление,  которое  в  n=3  раза  больше  величины  сопротивления  R₀: 

где  ω  —  круговая  частота,  ω  =  2π·f₁,  с^-1.

Рассчитаем  E₂  (действующее  значение  фазных  ЭДС)  по  следующей  формуле  [1]:

Рассчитываем  значение  выпрямленного  действующего  значения  U₀^/  по  формуле:

Получается,  что  среднее  значения  напряжения  на  выходе  фильтра  практически  равно  напряжению  на  нагрузке.  Это  связано  с  тем,  что  среднее  значение  ЭДС  e_L  индуктивности  L₀  за  период  равно  нулю.

Используя  закон  Ома  определяем  ток  I₀  :

Рассчитаем  коэффициент  пульсаций  k_П(1)  на  нагрузке  R₀  по  следующей  формуле  [1]:

Рассчитаем  среднее  значение  прямого  тока  I_ср.v  вентиля  по  формуле  [1]:

Рассчитаем  эффективное  значение  прямого  тока  вентиля  I_эфф.v  по  формуле  [1]: 

Рассчитаем  действующее  значение  тока  I₂  вентильной  обмотки  преобразующего  трансформатора  по  формуле  [1]:

2.  Особенности  работы  и  расчет  выпрямителя  на  емкостной  накопитель  энергии

Рисунок  2.  Эквивалентная  схема  однофазного  мостового  выпрямителя  при  нагрузке,  имеющей  активно  -  емкостной  характер

Расчет  качественных  показателей  выпрямителя  с  емкостным  накопителем  энергии

В  данных  расчетах  коэффициент  пульсаций  выпрямленного  напряжения  k_П(1)  будем  принимать  равным  его  значению  в  случае  активно-индуктивной  нагрузки  (рассчитано  выше).  Все  расчеты  будем  проводить  ,  используя  дополнительные  коэффициенты: 

Определим  коэффициент  A(θ),  используя  формулу  [1]:

где  R_П  =  R₀/k  –  сопротивление  потерь.

Используя  таблицу  [1]  определим  остальные  дополнительные  коэффициенты:

Рассчитаем  E₂  (действующее  значение  фазного  ЭДС)  по  формуле  [1]: 

Действующее  значение  тока  I₂  определим,  используя  следующую  формулу:

Емкость  C₀  найдем,  используя  формулу:

Эффективный  ток  вентиля  находим  по  формуле:

Расчет  выпрямителя  с  учетом  явления  коммутации

В  данном  расчете  исходные  данные  почти  все  будут  такими  же,  как  в  пункте  1  (Схема  выпрямителя,  активно-индуктивная  нагрузка,  E₂,  I₀,  f₁),  но  преобразующий  трансформатор  будет  дополнительно  иметь  индуктивность  рассеивания  L_S,  из-за  чего  выпрямленное  напряжение  U_0γ  уменьшается  на  ℓ  =  5  %  от  напряжения  идеального  выпрямителя.

Рисунок  3.  Эквивалентная  схема  однофазного  мостового  выпрямителя  при  нагрузке,  имеющей  активно-индуктивный  характер

Расчет  качественных  показателей  выпрямителя

Определим  угол  коммутации  выпрямителя  [1]:

где  E_2m.лин  —  максимальное  значение  межфазного  напряжения  у  вентильных  обмоток, 

  Для  определения  индуктивности  рассеивания  L_S  будем  использовать  следующее  уравнение  [1]:

Подставим  формулу  (2.8)  в  (2.7),  и  выразим  из  них  L_S,  получим:

Найдем  угол  коммутации  γ

Среднее  значение  выпрямленного  напряжения  найдем  по  следующей  формуле  :

Определим  действующее  значение  тока  вентильной  обмотки  трансформатора  I_2γ  по  нижеприведенной  формуле  [1]:

Находим  среднее  значение  прямого  тока  I_прγ  вентиля:

Находим  I_эфф.v  (эффективное  значение  тока):

Таким  образом,  используя  исходные  данные  (U₀  =  60  В,  I₀  =  100  А),  мы  достаточно  просто  рассчитали  неуправляемый  выпрямитель  для  нагрузки,  имеющей  активно-индуктивный  и  активно-емкостный  характер.  Используя  полученные  значения  можно  легко  найти  диоды  и  тиристоры,  входящие  в  состав  выпрямителя. 

Список  литературы:

1.Акимов  Н.Н.  Резисторы,  конденсаторы,  трансформаторы,  дроссели,  коммутационные  устройства  РЭА:  Справочник.  Минск:  Беларусь,  1994.  —  С.  591.

2.Герасимов  В.Г.  Электротехнический  справочник:  В  3-х  томах.  Том  2.  Электротехнические  изделия  и  устройства.  М.:  Энергоатомиздат,  2003.  —  С.  600.

3.Кузнецов  Е.М.  Расчет  и  моделирование  электропитающих  устройств  для  промышленных  установок:  Учебное  пособие.  2000  г.