Влияние работы тиристорного электропривода

На питающую сеть.

Так как в вентильном электроприводе постоянного тока имеет место непосредственная связь нагрузки с сетью, то все процессы, происходящие в цепи нагрузки, оказывают существенное влияние на питающую сеть. Как правило, это влияние негативно, проявляется в виде искажений 3-фазного синусоидального напряжения питающей сети.

Перечислим виды возможных искажений напряжения и причины, их вызывающие:

1. Снижение действующего значения переменного напряжения вследствие потребления из сети активной мощности, характерное для любого типа электропривода.

2. Индуктивная составляющая тока сети, сдвинутая на 90° относительно синусоиды напряжения (механизм этого сдвига был описан выше), вызывает намагничивание железа всех трансформаторов, по обмоткам которых она протекает, и снижает общий коэффициент мощности сети. Намагничивая железо трансформаторов, эта составляющая тока приближает трансформаторы к насыщению, снижая их перегрузочную способность.

3. Несинусоидальность тока, потребляемого тиристорным преобразователем, а также возможная асимметрия тока в фазах вызывают искажения питающего напряжения, т.е. отклонение формы напряжения от синусоидального и сдвиг фазных, а значит, и линейных синусоид относительно друг друга.

4. Коммутационные провалы в кривых синусоид питающего напряжения. Эти провалы вызваны тем , что в интервале коммутации имеет место междуфазовое короткое замыкание коммутируемых фаз. При этом ток в одной фазе сети интенсивно снижается от значения I_d до нуля, а в другой с такой же скоростью увеличивается от нуля до I_d .

Таким образом, изменение тока в индуктивностях сети вызывает появление ЭДС самоиндукции, которая проявляется в виде глубоких провалов в синусоидах напряжения (рис.62). Глубина провалов зависит от соотношения мощностей вентильного электропривода и мощности короткого замыкания сети. Чем выше мощность последней, тем менее глубокими являются провалы напряжения. Эти провалы напряжения не безвредны. Их можно рассматривать как высокочастотные искажения питающего напряжения.

Высшие гармоники вызывают дополнительные потери мощности в стали трансформаторов и электрических машин. Правила технической эксплуатации электроустановок ограничивают суммарную мощность всех высокочастотных искажений в сети величиной 5% от номинальной мощности сети.

Повышение коэффициента мощности

тиристорных преобразователей.

С ростом угла управления a увеличивается реактивная мощность Q, потребляемая преобразователем из сети, а его коэффициент мощности согласно (28) становится меньше. Это явление снижает технико-экономические характеристики электрической сети. Поэтому на практике часто принимают меры по повышению коэффициента мощности вентильных электроприводов, особенно мощных, т.к. в этом случае даже небольшое повышение коэффициента мощности дает значительный экономический эффект за счет экономии электрической энергии.

Простейшим способом повышения коэффициента мощности является установка источников реактивной мощности, например конденсаторов на первичной стороне трансформатора, питающего преобразователь. Емкость, включенная на синусоидальное напряжение, обеспечивает опережающий сдвиг тока относительно напряжения, т.е. эти устройства вырабатывают реактивную мощность и, таким образом, компенсируют отставание тока от напряжения, вызванное работой ТП на активно- индуктивную нагрузку.

При установке статических конденсаторов с целью повышения коэффициента мощности тиристорного электропривода постоянного тока (система ТП - Д) возникает опасность выхода из строя этих конденсаторов из-за высокочастотных искажений синусоидального напряжения сети (коммутационных провалов). Дело в том, что для высших гармоник емкостное сопротивление конденсаторов очень мало и через эти емкости проходят большие токи высокой частоты, которые разогревают емкости, и статические конденсаторы взрываются от перегрева. Поэтому в системах ТП - Д повышение коэффициента мощности с помощью статических конденсаторов возможно только в тех случаях, когда мощность короткого замыкания сети не менее чем на два порядка превышает мощность тиристорного электропривода, и, таким образом, высокочастотные искажения напряжения незначительны.

Для мощных электроприводов нашли применение преобразовательные установки с последовательным соединением двух преобразователей, каждый из которых состоит из 3-фазной мостовой схемы с питанием от отдельных трансформаторов или от одного трансформатора с двумя системами вторичных обмоток Мосты рассчитываются на половинное напряжение и на полный ток нагрузки, т.е. на половину полной мощности преобразовательной установки.

Такой преобразователь с двумя мостами работает следующим образом. Если оба моста полностью включены (a₁ =a₂ =0),напряжение преобразователя максимальное. При регулировании напряжения в сторону снижения вначале изменяется угол a₁ и снижается выпрямленное напряжение одного моста, а напряжение второго моста остается постоянным. Когда напряжение первого моста снижается до нуля, результирующее напряжение преобразователя снижается до половинного значения, а при переводе первого моста в инверторный режим (b®b_min) напряжение преобразователя стремится к нулю. Затем увеличивается угол управления a₂ второго моста и напряжение преобразователя стремится к максимальному отрицательному в инверторном режиме.

Таким образом, напряжение преобразователя определяется соотношением

U_{d е} = U_{d0 е} ((cos a₁ + cos a₂)/2).

Описанный способ управления преобразователем называют согласно-встречным управлением.

Одним из достоинств рассмотренной схемы последовательного соединения мостов является значительное уменьшение потребления реактивной мощности и повышение коэффициента мощности. Это связано с тем, что при регулировании напряжения один из мостов всегда работает с минимальным потреблением реактивной мощности, т.е. этот мост работает в выпрямительном режиме при значении угла a, близком к нулю, или в инверторном режиме при угле a₁, близком к 180°.

Потребляемая реактивная мощность всего преобразователя определяется, в основном, реактивной мощностью второго моста. Эта мощность вдвое меньше реактивной мощности одномостового преобразователя, т.к. мощность каждого моста в двухмостовой схеме равна половине полной мощности преобразовательной установки.

Необходимо также отметить, что в рассмотренной схеме преобразователя повышается значение коэффициента искажения формы первичного тока n и, значит, повышается значение коэффициента мощности. Это Повышение связано с тем, что мост ТП1 питается от вторичной обмотки трансформатора, включенной по схеме «звезда», а мост ТП2 - от обмотки трансформатора, включенной по схеме «треугольник». Напряжение питания ТП2 сдвинуто от напряжения питания ТП1 на угол 30°. Таким образом в результате получается двенадцатипульсное выпрямление.

Кроме рассмотренных выше способов повышения коэффициента мощности электропривода по системе ТП - Д, существует ряд других способов. Одним из них является реализация регулирования напряжения за счет опережающего угла a, при этом реактивная мощность генерируется в сеть. Однако широкого распространения в практике этот способ не находит из-за его сложности и ненадежности.