Коэффициент мощности тиристорных преобразователей

Полная мощность, потребляемая преобразователем из сети переменного тока:

,                             (1.101)

 

где и − действующие значения первичных напряжения и тока трансформатора.

Слагаемыми полной мощности  при симметричной нагрузке и синусоидальном характере тока в сети будут активная мощность  и реактивная мощность , т. е. . При несинусоидальном характере тока в сети это равенство нарушается, и, для обеспечения баланса мощностей вводят понятие мощности искажения, которое обозначают - Т. Это понятие не имеет размерности мощности, может быть положительным или отрицательным. Уравнение баланса мощностей будет иметь вид

 

.                    (1.102)

 

Активная мощность является полезной и зависит от нагрузки и степени регулирования напряжения преобразователем. Поэтому повышение коэффициента мощности К тиристорных преобразователей возможно лишь за счет минимизации составляющих полной мощности Q и Т.

 

 .                                (1.103)

 

Реактивная мощность определяется величиной основной гармоники тока и ее фазовым сдвигом  относительно синусоидального напряжения сети. В общем же случае величина мощности Q з ависит от:

· намагничивающего тока трансформатора,

· угла открытия вентилей ,

· угла коммутации вентилей ,

· параметров цепи нагрузки.

От намагничивающего тока зависит мощность холостого хода трансформатора в преобразователе, которая составляет примерно 3 − 7 % номинальной мощности трансформатора ((это  или ) из соответствующей таблицы приложения).

Перекрытие анодов вентилей во время коммутации приводит к дополнительному потреблению реактивной мощности из сети, которая составляет не более 3 % мощности нагрузки.

Основная часть реактивной мощности выпрямителя зависит от угла открытия тиристоров, параметров цепи выпрямленного тока и режима работы.

При работе преобразователя на якорь двигателя в повторно-кратковременном режиме с большими нагрузками в сети возникают резкие колебания реактивной мощности, значения которой изменяются от 3−8 % до 250−320 % номинальной мощности приводного двигателя.

Большое потребление реактивной мощности и ее резко переменный характер оказывают неблагоприятное влияние на питающую сеть и других потребителей.

Несинусоидальный ток и процессы коммутации вентилей являются причинами искажения кривой напряжения сети. Особенно сильно это сказывается на кривой напряжения при питании преобразователя от сети соизмеримой мощности.

 Высшие гармоники тока и напряжения, наряду со снижением коэффициента мощности, ухудшают качество напряжения сети и являются причиной появления радиопомех. Все е сказанное относится к преобразователям, у которых отсутствуют фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ), рассчитанные в параграфе 1.3.

Количественной оценкой отклонения напряжения или тока от синусоидальной формы служит коэффициент искажения синусоидальной формы кривой (коэффициент искажения синусоидальности), равный отношению действующих значений всех высших гармоник к действующему значению первой гармоники (ГОСТ 308.4.4.30-2013). Этот коэффициент можно рассчитать, используя данные, приведенные для соответствующего выпрямителя в табл. 5.3.1. В качестве действующего значения тока первой гармоники принимаем , которое было определено в параграфе 1.2. Тогда коэффициент искажения синусоидальности тока

 

.                                             (1.104)

 

В этой формуле нужно просуммировать величины гармонических составляющих токов, указанных в табл. 1.3.1 для шестипульсного преобразователя.

Рассчитать коэффициент искажения синусоидальности нужно два раза – для преобразователя без ФКУ (гармоники с 5 по 25-ю) - и после установки ФКУ (гармоники с 11-й по 25-ю) - .

А в качестве критерия качества электроэнергии в сети можно будет воспользоваться следующей формулой:

 

 .             (1.105)

Необходимо рассчитать коэффициент искажения синусоидальности тока для системы «тиристорный преобразователь− двигатель» без фильтрокомпенсирующего устройства () и после установки ФКУ (), для чего дважды воспользоваться формулами (1.104) и (1.105).

Oценить влияние ФКУ можно по относительной величине изменения

(1.106)

 

 При  качество электроэнергии улучшается (уменьшается искажение синусоидальности кривой тока). В качестве можно принять любое значение.

Приложения

Приложение 1

Таблица П1

Технические данные силовых трансформаторов серии ТС

Тип	S н, кВА	Напряжение, кВ		Потери, Вт		Напряжение корокого замыкания, % от U н	Ток холостого хода, % от I 2н	Схема и группа соединения обмоток
		U 1л	U 2л	Р 0	Р к	U КЗ%	I о( I хх)	Y /Y/-0
ТСЗ-10	10	0,38	0,11; 0,127; 0,17; 0,23; 0,38	75	280	3,0	7,0
ТСЗ-16	16			125	400	3,0	5,8
ТСЗ-25	25			180	560	3,0	4,5
ТСЗ-40	40			400	1130	4,0	4,5
ТСЗ-63	63			480	1560	4,5	4,0
ТСЗ-100	100		0,23;0,38	560	1920	4,5	3,5

 

Примечания: 1) Т – трехфазный, С – сухой, 3 – трехфазный, 2) напряжение вторичной обмотки может иметь любое из перечисленных значений.

Таблица П2

Технические данные силовых трансформаторов серии ТС и ТСТ

Тип	S н, кВА	Напряжение, В			Потери, Вт		U кз, %	Ток холостого хода, % от I 2н	Схема соединения обмоток
		U 1л	U 2л	U 3л	Р 0	Р к
ТС-6,3 ТСТ6,3	6,3	380	104 3 или 208 7	85	75	175	2,0	12	Y /Y/-0 или Y /Y/Y-0-0
ТС – 10 ТСТ-10	10				105	220		10
ТС-16 ТСТ-16	16				120	340		6
ТС-25 ТСТ-25	25				200	380		6

Примечания:
    1. Трансформаторы ТСТ имеют третью обмотку, предназначенную для питания цепей управления, ее Р = 5 % от номинальной.
    2. Для трансформаторов разных типов вторичные напряжения могут быть выполнены для всех значений, указанных в табл. П 2.

                                                                                                          Таблица П3

Основные параметры тиристоров

Параметры	Т 125	Т 160	Т 200		Т 250	Т 320	Т 500		ТЛ160	ТЛ 250
Предельный ток, А	125	160	200		250	320	500		160	250
Предельный ток тиристора с типовым охладителем I по, А при скорости обдува, м/с
0	-	-	-		80	90	200		-	-
6	125	-	-		195	210	450		-	-
12	-	160	200		250	320	490		152	232
Ударный ток Iуд, А, при длительности 10 мс и температуре структуры, ^0С
125	1500	3000	3300		5000	5000	7000		-	-
140	-	-	-		-	-	-		3500	4000
Повторяющееся напряжение Uп, В	501200			1001600				4001000
Отпирающий ток управления, мА при температуре структуры 20^0С и Uу = 12 В, не более	300	300	300		300	400	400		300	400
Отпирающее напряжение Uy, В при t = 25^0С Uy= 12 В, не более	7,0	7,0	7,0		5,0	8,0	7,0		7,0	8,0
Защитный показатель Wв, А^2 с, при длитель-ности импульса тока 10 м/c и t^0 структуры, ^0С
25	13610	51200	64800		151000	151000	296000		18600	2400
125	11000	45000	54200		125000	225000	245000		-	-
140	-	-	-		-	-	-		15680	20480
Класс по напряжению	3-18						1-8		6-12

 

Таблица П4

Технические данные трехфазных токоограничивающих реакторов

Тип реактора	Номинальное линейное напряжение	Номинальный фазный ток, А	Активное сопротивление обмоток, Ом	Номинальная индуктивность мГн
РТСТ-20,5-1,08 УЗ	220	20,5	0,015	1,08
-20,5-1,53 УЗ	310		0,019	1,53
-20.5-2,02 УЗ	410		0,028	2,02
-41-0,54 УЗ	220	41	0,054	0,54
-41-0,76 УЗ	310		0,07	0,76
-41-1,01 УЗ	410		0,088	1,01
-82-0,27 УЗ	220	82	0,019	0,27
-82-0,38 УЗ	310		0,025	0,38
-82,0,505 УЗ	410		0,032	0,505
-165-0,135 УЗ	220	165	0,01	0,135
-165-0,19 УЗ	310		0,014	0,19
-165-0,25 УЗ	410		0,017	0,25
-265-0,084 УЗ	220	265	0,005	0,084
-265-0,118 УЗ	310		0,007	0,116
-265-0,165 УЗ	410		0,008	0,156
-410-0,054 УЗ	220	410	0,003	0,054
-410-0,101 УЗ	410		0,004	0,101

 

Таблица П5

Технические данные трехфазных токоограничивающих реакторов

Тип реактора	Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А	Уравнительный ток, А	Номинальная индуктивность, мГн	Падение напряжения,  U др, В
РОС - 16/0,5	200	160	14,5	20	1
POC - 32/0,5	400	160	14,5	40	2
POC - 32/0,5T	200	320	31	9,35	1
POC - 50/0,5T	200	500	46	6	1
POC - 80/0,5T	200	800	77	3,75	1
POC - 100/0,5T	200	1000	96	3	1
POC - 64/0,5	400	500	48	12	2
POC - 160/0,5T	400	800	77	7,5	2
POC - 200/0,5T	400	1000	96	6	2

Примечание. Р − реактор; О − однофазный; С − охлаждение естественное, воздушное;

Технические данные сглаживающих дросселей
серии ФРОС

Реакторы серий ФРОС предназначены для сглаживания пульсаций выпрямленного тока цепи в тиристорных преобразователях и рассчитаны для длительной работы в цепи выпрямленного тока со значением выпрямленного напряжения не выше 500 В. Реакторы допускают (кроме реактора с индуктивностью 5 мГн) кратковременное протекание тока, линейно нарастающего от 0 до 3-х кратного значения номинального, в течение 0,05 с. Допустимые превышения температуры обмотки для умеренного климата 115 ⁰С. Реактор состоит из обмотки, насаженной на стальной стержень.

Таблица П6

Тип реактора	Номинальный ток, А	Номинальная индуктивность, мГн	Падение напряжения,  U др, В
ФРОС - 65/0,5 УЗ, ТЗ	250	1,5	1,1
ФРОС – 65/0,5 УЗ,ТЗ	320	1,0	1,5
ФРОС – 125/0,5 УЗ, ТЗ	500	0,75	1,7
ФРОС – 250/0,5 УЗ, ТЗ	250	6,5	1,1
ФРОС – 250/0,5 УЗ, ТЗ	320	4,2	1,5
ФРОС – 250/0,5 УЗ, ТЗ	800	0,6	2
ФРОС – 250/0,5 УЗ, ТЗ	1000	0,35	2,2
ФРОС – 250/0,5 УЗ, ТЗ	500	3,25	1,7
ФРОС – 1000/0,5 УЗ, ТЗ	800	2,3	2
ФРОС – 1000/0,5 УЗ, ТЗ	800	5,0	2
ФРОС – 1000/0,5 УЗ, ТЗ	1000	1,6	2,2

Примечание. Ф − фильтровый; Р − реактор; О − однофазный; С − охлаждение естественное, воздушное

 

Технические данные сглаживающих дросселей
серий СРОМ и СРОС

Реакторы серии СРОМ предназначены для сглаживания пульсации выпрямленного тока в схемах тиристорных выпрямителей. Допустимое превышение температуры для умеренного климата обмоток составляет 65 ⁰С, магнитопровода 75⁰С. При кратковременном увеличении тока до 1000 А индуктивность не менее 0,1 Гн для СРОМ 5500/20У1. Реактор состоит из обмотки и стержневого магнитопровода, помещенного в бак с трансформаторным
маслом.

Таблица П 7

Тип реактора	Номинальный ток, А	Номинальная индуктивность, Гн	Падение напряжения,  U др, В
1	2	3	4
СРОМ 200/10 T1	26	1,0	1,1
СРОМ 500/10 У1	75	0,25	1,3
СРОМ 1000/10У1,Т1	250	0,05	2,0
СРОМ 1500/10У1,Т1	150	0,2	1,8
СРОМ 5500/20 У1	360	0,11	1,8
СРОС 63/0,5 У4,Т4	100; 200	0,0016; 0,004	1,7
СРОС 63/6 У4, Т4	8,0; 4,0	2,5; 10	1,1
СРОС 100/0,5 У4, Т4	160; 320	0,009; 0,0022	1,8
СРОС 100/6 У4, Т4	6,0; 120	8,0; 2,0	1,1
СРОМ160/6 У4, Т4	8,0; 16,0	8,0; 2,0	1,2
СРОМ160/6 У4, Т4	12,0; 24,0	3,5; 0,875	1,2
СРОМ160/6 У4, Т4	75,0; 150	0,08; 0,02	1,8
СРОС 200/0,5 У4, Т4	100; 200	0,06; 0,015	2,0
СРОС 200/6 У4, Т4	25; 50	1,0; 0,25	1,2
СРОС 200/6 У4, Т4	65; 130	0,15; 0,0375	1,3
СРОС 400/0,5 У4, Т4	200; 400	0,03; 0,0075	2,2

Примечание. Два значения I _н получаются пересоединением вводов на последовательное или параллельное включение обмоток и стержней. С − сглаживающий; Р − реактор; О − однофазный; М − естественное масляное охлаждение; С − охлаждение естественное, воздушное при открытом исполнении.