Virbactd.ru

Авто шины и диски
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Мощность в цепи переменного тока и коэффициент мощности (косинус φ)

Мощность в цепи переменного тока и коэффициент мощности (косинус φ)

В профессиональном лексиконе электрика наиболее популярны слова: фаза, ток, напряжение и словосочетание «косинус-фи». Этот «косинус-фи» всегда головная боль заводского энергетика. Попробуем популярно объяснить причину такого уважения электриков к тригонометрической функции cos φ. «Косинус-фи» в электроэнергетике еще называют коэффициентом мощности.
Коэффициент мощности характеризует потребителя электрической энергии с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей, при которой переменный ток и напряжение не совпадают по фазе. Коэффициент мощности показывает, насколько переменный ток в нагрузке сдвигается по фазе относительно напряжения на ней (отстает или опережает). Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига. В электроэнергетике для коэффициента мощности принято обозначение cos φ (где φ — угол сдвига по фазе между током и напряжением). При наличии в нагрузке реактивной составляющей наряду со значением коэффициента мощности часто указывают и характер нагрузки: активно-ёмкостная или активно-индуктивная. Тогда коэффициент мощности называют соответственно опережающим или отстающим.

Мощность в цепи переменного тока

Для начала следует подробно рассмотреть вопрос электрической мощности. В электрической цепи постоянного тока все просто и достаточно понятно. В такой цепи зная напряжение на зажимах потребителя и протекающий ток можем легко определить потребляемую мощность, умножив величину тока на напряжение:

В цепи переменного тока формулы для расчета мощности и само понятие мощности несколько сложнее. В общем случае в электрической цепи синусоидального переменного тока изменение напряжения и тока во времени не совпадают. Или другими словами напряжение и ток не совпадают по фазе. Ток отстает по фазе от напряжения при индуктивной нагрузке, и опережает напряжение при емкостной нагрузке. Только в частном случае, когда нагрузка чисто активная, ток и напряжение совпадает по фазе. В сети переменного тока различают полную, активную и реактивную мощность. Отметим, что само понятие реактивной мощности актуально только для электротехнических устройств переменного тока. Оно никогда не применяется к потребителям постоянного тока в силу малости (мизерности) соответствующих эффектов, проявляющихся кратковременно только при переходных процессах (включении/выключении, регулирование, изменение нагрузки).
Полная мощность в цепи переменного тока (для однофазной нагрузки) равна произведению действующего значения тока на действующее значение напряжения (измеряется в ВА , кВА – вольт-амперах, кило вольт-амперах)
.
Полная мощность представляет практический интерес, как величина, определяющая фактические электрические нагрузки на обмотки, провода, кабели, аппаратуру распределительных щитов, силовые трансформаторы, линии электропередач. Собственно поэтому номинальная мощность генераторов и трансформаторов, нагрузки аппаратов распределительных щитов и пропускная способность линий электропередач указывается в вольт-амперах, а не в ваттах.
Полная мощность состоит из двух составляющих – активной Р, и реактивной Q мощности. Активная мощность это та часть электрической энергии выработанной генератором, которая безвозвратно преобразуется в тепловую (лампы накаливания, электроплиты, электропечи сопротивления, потери в трансформаторах и линиях электропередачи) или в механическую (электрические двигатели) энергию. Активная мощность измеряется в Вт, кВт (ватт, киловатт). Активную мощность можно определить по следующей формуле (для однофазной нагрузки):

Вот здесь и появляется знаменитый cos φ
.
Если ток совпадает по фазе с приложенным напряжением то угол φ = 0, и соответственно cos φ =1. Для электрической сети это оптимальный вариант. В этом случае полная мощность равна активной мощности и вся электрическая энергия в нагрузке превращается в другие виды энергии. Например, в электрочайнике – в тепловую энергию.
Чаще потребители электрической энергии имеют обмотки и магнитопроводы (электрические двигатели, трансформаторы, дроссели газорязрядных ламп, пускатели и реле) необходимые для их нормальной работы. В общем случае такая нагрузка называется индуктивной. При чисто индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения на угол φ = 90О , при котором cos φ = 0 и активная мощность также P = 0. Для характеристики таких потребителей в электротехнике введено понятие реактивной мощности:
.
Реактивная мощность измеряется в Вар, кВАр (вольт-амперах реактивных, кило вольт-амперах реактивных). Кстати, реактивную мощность можно измерить с помощью счетчика реактивной энергии, также как и активную счетчиком активной энергии.
Названа мощность реактивной совсем не по аналогии с «ракетой». Мы помним, что в физике термин «реактивный» обычно употребляется как связанный с возникновением движения под действием силы отдачи струи пара, газа и т. п., вытекающей с большой скоростью в противоположную силе отдачи сторону. В электротехнике это элемент электрической цепи, обладающий индуктивностью и/или электрической ёмкостью, и термин реактивный употребляется для характеристики элемента электрической цепи, обладающего этими свойствами.
Источниками реактивной мощности в сети переменного тока являются катушки индуктивности и конденсаторы. Физически реактивная мощность, это мощность, которая накапливается в электрических и магнитных полях. При наличии в сети индуктивности и, например, статического конденсатора электромагнитная энергия в один полупериод изменения тока накапливается в электромагнитном поле катушки индуктивности, в следующий полупериод возвращается конденсатору, где накапливается в его электрическом поле, а затем возвращается обратно к индуктивности. Следует понимать, что реактивная мощность не расходуется на выполнение работы электротехнического устройства (нагрев, выполнение механической работы) но она необходима для его нормальной работы. Так в трансформаторе электрическая энергия передается с первичной обмотки во вторичную цепь посредством электромагнитного поля, для создания которого и необходима реактивная мощность. Преобразование электрической энергии в асинхронном электродвигателе осуществляется с помощь того же электромагнитного поля, и снова для его создания также требуется источник реактивной мощности. На генерацию активной мощности расходуются первичные энергоресурсы – газ, мазут, уголь, энергия ветра или падающей воды. Поскольку каждые полпериода переменного тока накопленная в магнитном поле реактивная энергия отдается обратно в источник (синхронный генератор, конденсатор) то в идеале на генерацию реактивной мощности не требуется расход первичного энергоносителя. Однако при более глубоком рассмотрении оказывается, что реактивная энергия не такая уж безобидная. На генерацию реактивной мощности все- таки требуется расходовать некоторое количество первичного энергоносителя для покрытия механических и электрических потерь в генераторах, диэлектрических потерь в конденсаторах. Кроме того при передаче реактивной энергии в линиях и трансформаторах возникают потери на нагрев. Еще одна неприятность состоит в том, что генерация и передача реактивной энергии требует увеличения установленной мощности генераторов, увеличения сечения проводов и мощности трансформаторов, т. е. связана с большими экономическими затратами.
В энергетической системе источниками реактивной мощности могут быть синхронные генераторы, синхронные компенсаторы, перевозбужденные синхронные двигатели и конденсаторы. Решение о способе компенсации реактивной мощности всегда необходимо принимать на основе технико–экономического анализа.
Большинство потребителей электрической энергии имеют обмотки на магнитопроводах, т.е. представляют собой индуктивность. Чисто условно принято говорить, что они потребляют положительную реактивную мощность. Реактивная мощность статических конденсаторов отрицательна и принято говорить, что они генерируют реактивную мощность. Синхронные генераторы в зависимости от величины тока возбуждения могут, как производить, так и потреблять реактивную мощность. Т.е. ведут себя относительно электрической сети как емкость или как индуктивность. То же можно сказать и о синхронных двигателях и синхронных компенсаторах. Впрочем, есть класс синхронных машин – реактивные машины, которые такой способностью не обладают.
Численное значение коэффициента мощности электроустановок переменного тока может находится в диапазоне от 0,05-0,1 для трансформаторов в режиме холостого хода до 1,0 для нагревательных электроприборов и ламп накаливания. Коэффициент мощности асинхронных электродвигателей при номинальной нагрузке может быть 0,7 – 0,9 и зависит от номинальной мощности, конструктивного исполнения, а также числа полюсов. Маломощные и тихоходные (многополюсные) двигатели отличаются пониженным значением cos φ . С уменьшением загрузки двигателей и трансформаторов их cos φ также значительно уменьшается.

Читайте так же:
Как отрегулировать карбюратор дааз 2107 110701020

Измерение коэффициента мощности
Для прямого измерения cos φ и фазы применяются специальные электроизмерительные приборы — фазометры.

При отсутствии таких приборов коэффициент мощности можно определить косвенным методом по показаниям трех приборов :амперметра, вольтметра и ваттметра. Тогда в однофазной цепи
cos φ = P / (U х I),
где Р, U, I — показания ваттметра, вольтметра и амперметра, соответственно.
В симметричной трехфазной цепи
cos φ = Pw / (√3 х Uл х Iл);
где Pw – активная мощность трехфазной системы,
Uл, Iл – соответственно линейные напряжение и ток.
В симметричной трехфазной цепи значение коэффициента мощности можно определить также по показаниям двух ваттметров Pw1 и Pw2 по формуле

Коэффициент мощности величина не постоянная, он зависит от характера и величины нагрузки. Для асинхронного двигателя изменение нагрузки от нуля до номинальной приводит к изменению cos φ от 0,1 на холостом ходу до 0,86 — 0,87 при номинальной нагрузке. Для практических целей расчета мощности компенсирующих устройств в электрических сетях используют средневзвешенный коэффициент мощности за некоторый интервал времени — сутки или месяц. Для этого за рассматриваемый период снимают показания счетчиков активной и реактивной энергии Wa и Wр и расчитывают средневзвешенный коэффициент мощности по формуле

Компенсация реактивной мощности
Для уменьшения потерь, устранения перегрузок трансформаторов и линий электропередач прибегают к искусственному повышению коэффициента мощности электрических установок путем компенсации реактивной мощности непосредственно у потребителей с помощью батарей статических конденсаторов.

Энергетическая диаграмма, иллюстрирующая передачу электрической энергии между генератором Г и потребителем Д, потребляющим активную и реактивную энергию. а) — при отсутствии компенсатора, б) — при наличии его (батарея статических конденсаторов С) . Синим цветом показано поток активной энергии, красным – реактивной.

Читайте так же:
Регулировка клапанов паджеро 2 4d56t

При широтно-импульсном регулировании на пониженной частоте оба тиристора находятся во включенном и выключенном состоянии в течение интервалов, больших, чем период частоты питающего напряжения, т. е. преобразователь работает в режиме «включено — выключено» (рис. 6.20,6).

Рис. 6.20. Регулируемый преобразователь переменного напряжения: а — схема; б — временные диаграммы при широтно-импульсном и в-д — при фазовом регулировании

При подаче управляющих импульсов на тиристоры они пропускают обе полуволны напряжения в нагрузку и выполняют роль ключа, проводящего ток в двух направлениях. При снятии управляющих импульсов с тиристоров они не включаются: ключ разомкнут, напряжение и ток в нагрузке равны нулю. При редком включении и отключении нагрузки преобразователь выполняет функцию бесконтактного пускателя для подключения различных двигателей, электротермических установок и т. д. При периодическом включении и отключении ключа появляется возможность регулирования мощности в нагрузке за счет изменения длительности включенного состояния тиристоров относительно периода повторения циклов Т: , Средняя за период Т мощность в нагрузке

где — мощность в нагрузке при отсутствии регулирования.

Подобное регулирование мощности осуществляется, например, в электрических печах, имеющих большую тепловую постоянную времени.

При фазовом регулировании изменяют фазу импульсов управления относительно момента естественного отпирания вентилей, при этом также регулируется длительность подключения нагрузки к питающей сети (рис. , но эта длительность не превышает половину периода частоты сети. Этот способ позволяет получить более плавную и быстродействующую регулировку мощности и используется в сварочных аппаратах, для регулирования освещения, управления асинхронными двигателями, регулирования напряжения на первичной стороне трансформатора в высоковольтных выпрямителях, выполненных на диодах.

Рассмотрим работу преобразователя переменного напряжения с фазовым управлением при активной нагрузке (). При положительной полуволне напряжения сети вентиль V2 оказывается под обратным напряжением и пропускать ток не может. Тиристор V1 находится под прямым напряжением и отпирается в (рис. 6.20, в), при этом нагрузка подключается к сети и . Напряжение возрастает скачком, ток повторяет форму напряжения. В момент полярность напряжения сети меняется, ток спадает к нулю и тиристор V1 запирается. До отпирания V2 в момент напряжение и ток в нагрузке отсутствуют. При подаче в момент управляющего импульса на V2, он отпирается, напряжение на нагрузке вновь становится равным напряжению сети . В момент происходит запирание V2. При работе V1, V2 мощность передается из сети в нагрузку. При запертых тиристорах мощность от сети не потребляется.

Мощность в активной нагрузке можно рассчитать через действующее значение напряжения на нагрузке :

При увеличении угла управления интервал передачи мощности от сети к нагрузке уменьшается, мощность в нагрузке падает. Регулировочная характеристика преобразователя переменного напряжения приведена для активной нагрузки на рис. 6.21.

Если нагрузка активноиндуктивная (), то индуктивность нагрузки препятствует резким изменениям тока и затягивает длительность протекания тока через тиристор . На рис. 6.20, г приведены временные диаграммы напряжений и токов в преобразователе при , где .

В момент управляющий импульс подается на V1, он открывается, на нагрузке устанавливается напряжение и начинает нарастать ток нагрузки , На интервале мощность передается из сети в нагрузку и частично запасается в индуктивности. В момент напряжение сети изменяет свой знак, но индуктивность задерживает уменьшение тока и V1 остается открытым. Начиная с момента направления напряжения и тока в нагрузке противоположны (см. рис. 6.1, в), т. е. индуктивность цепи нагрузки отдает накопленную энергию. В момент энергия в индуктивности исчерпана, ток . До включения V2 следует бестоковая пауза (режим прерывистого тока). В момент управляющий импульс подается на вентиль V2, на интервале энергия снова передается из питающей сети в нагрузку.

При увеличении угла управления а интервал, на котором энергия передается в нагрузку, будет уменьшаться и действующее значение напряжения на нагрузке будет снижаться.

При уменьшении угла управления интервал, на котором в нагрузку передается энергия из сети, возрастает, при напряжение на нагрузке в течение всего периода и бестоковая пауза в нагрузке исчезает. Ток нагрузки имеет синусоидальную форму и сдвинут относительно напряжения на угол , тиристоры открыты поочередно в течение и нагрузка накоротко подключена к сети. Таким образом, в режиме непрерывного тока управляющее действие преобразователя теряется.

Рис. 6.21. Регулировочные характеристики преобразователя переменного напряжения

При дальнейшем уменьшении изменить величину и форму тока невозможно, так как в любой момент времени нагрузка связана с сетью.

Ток через V1 начинает протекать в момент , а через V2 — в момент Для нормальной работы преобразователя необходимо, чтобы в эти моменты на указанных вентилях были управляющие импульсы, которые, следовательно, должны иметь достаточную длительность. В противном случае вентиль не откроется и работа преобразователя нарушится. В процессе работы характер нагрузки изменяется, меняется и угол , поэтому для предотвращения срыва работы преобразователя при подаче импульсов управления в моменты система управления формирует длинные импульсы (см. рис. 6.20, д). Тиристоры в этом режиме включаются не в моменты подачи импульса, а в моменты перехода тока через нуль. Поэтому область углов не может быть использована для регулирования напряжения в нагрузке. Регулировочные характеристики преобразователя переменного напряжения при работе на активно-индуктивную нагрузку приведены на рис. 6.21. При работе на индуктивную нагрузку и область регулирования напряжения на нагрузке охватывает углы управления . В этом случае импульсы управления должны иметь длительности не менее .

Читайте так же:
Автоматическая регулировка светового пучка фар

Действующее значение напряжения на нагрузке при работе на активно-индуктивную нагрузку

Это напряжение зависит не только от напряжения сети и угла управления, но и от характера нагрузки: чем больше угол , тем больше затягивается интервал прохождения тока через тиристор К, тем большее время напряжение на нагрузке повторяет напряжение сети и тем больше . Зависимость выходного напряжения от характера нагрузки характерна для работы преобразователей в режиме прерывистого тока (см. § 6.2.2).

Для расчета параметров тиристоров, необходимых для их выбора, следует знать параметры нагрузки: наибольшие ток и напряжение. Средний ток через тиристор рассчитываем по режиму наибольшего тока через нагрузку в режиме и считаем, что имеет синусоидальную форму, тогда

Способ регулирования переменного напряжения

Способ регулирования переменного напряжения

Использование: изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регуляторах переменного напряжения, в том числе работающих на ламповую нагрузку. Технический результат: улучшение качественных параметров цепи при включении выходного трансформатора регулятора на недогруженную цепь. Сущность изобретения: в способе регулирования переменного напряжения перед первым включением трансформатора осуществляют задержку включения на один период питающего напряжения, в первую половину которой производят анализ состояния нагрузки, и, в зависимости от результата, во вторую половину в трансформаторе создают магнитный поток Фост путем включения трансформатора на напряжение при помощи открытия полупроводникового ключа, находящегося на первичной стороне трансформатора, с углом открытия γ, зависящим от состояния нагрузки, причем без нагрузки угол открытия полупроводникового ключа минимален γ=0°, а при номинальной нагрузке угол открытия максимален γ=180°, и полупроводниковый ключ не открывают. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регуляторах переменного напряжения, в том числе работающих на ламповую нагрузку.

Известно устройство регулирования и преобразования напряжения, содержащее трансформатор, в цепь одной из обмоток которого включен полупроводниковый регулирующий элемент, и систему управления этим элементом, причем регулирующий элемент выполнен в виде однофазного мостового выпрямителя, в диагональ постоянного тока которого включен тиристор, а к зажимам переменного тока - RC-цепочка, (патент RU №2117376, Н02М 5/12, 31.07.1996).

Недостатком данного изобретения является то, что с помощью него нельзя регулировать напряжение на ламповой нагрузке, так как закон регулирования должен учитывать не только электрические, но и физиологические процессы.

Известен способ регулирования переменного напряжения, заключающийся в подключении и отключении нагрузки в течение целого числа периодов питающего напряжения, причем интервалы отключенного состояния нагрузки устанавливают неизменными и равными периоду питающего напряжения во всем диапазоне регулирования, а интервал подключенного состояния нагрузки составляет количество периодов питающего напряжения в каждом периоде импульсного регулирования во всем диапазоне регулирования, и количество периодов подключенного состояния нагрузки пропорционально уровню напряжения на нагрузке, (авторское свидетельство SU №1001429, Н02Р 13/16, 15.06.1981).

Известен способ регулирования переменного напряжения широтно-импульсным регулятором, заключающийся в том, что нагрузку включают и выключают на целое число периодов напряжения сети, и при регулировании от 0 до 50% выходного максимального напряжения включают нагрузку на один период питающего напряжения, а интервалы выключенного состояния нагрузки изменяют так, чтобы они были равными по числу периодов питающего напряжения в каждом периоде импульсного регулирования, при регулировании от 50 до 100% выходного максимального напряжения выключают нагрузку на один период питающего напряжения, а интервалы включенного состояния нагрузки изменяют так, чтобы они были равными по числу периодов питающего напряжения в каждом периоде импульсного регулирования, (авторское свидетельство SU №1167690, Н02М 3/00, 04.02.1983).

Недостатком двух последних аналогов является высокая дискретность регулировочной характеристики.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ регулирования переменного напряжения, заключающийся в том, что при работе на ламповую нагрузку изменяют, как число периодов питающего напряжения, подключаемого к нагрузке, так и длительность периода регулирования в пределах от периода частоты питающего напряжения до периода критической частоты, что для работы на лампу накаливания составляет 50 Гц, (авторское свидетельство SU №1809516, Н02М 5/257, 27.03.1989).

Недостатком прототипа является наличие выбросов токов намагничивания в выходном трансформаторе регулятора (если ламповая нагрузка подключена к сети переменного тока через трансформатор, а регулирующий элемент стоит на первичной стороне этого трансформатора) во время его первого включения при отсутствии нагрузки (либо на недогруженную цепь), которые в 50-100 раз могут превышать амплитуду установившегося тока холостого хода трансформатора и более чем в 2 раза превышать номинальный ток.

Читайте так же:
Клапан редукционный для регулировки давления воды данфосс

Задачей изобретения является улучшение качественных параметров цепи при первом включении выходного трансформатора регулятора на недогруженную цепь, что достигается путем уменьшения выбросов токов намагничивания.

Эта задача решается способом регулирования переменного напряжения, заключающемся в том, что при работе на ламповую нагрузку изменяют как число периодов питающего напряжения, подключаемого к нагрузке, так и длительность периода регулирования в пределах от периода частоты питающего напряжения до периода критической частоты, что для работы на лампу накаливания составляет 50 Гц, в котором, в отличие от прототипа, перед первым включением трансформатора осуществляют задержку включения на один период питающего напряжения, в первую половину которой производят анализ состояния нагрузки, и, в зависимости от результата, во вторую половину в трансформаторе создают магнитный поток Фост путем включения трансформатора на напряжение при помощи открытия полупроводникового ключа, находящегося на первичной стороне трансформатора, с углом открытия γ, зависящим от состояния нагрузки, причем без нагрузки угол открытия полупроводникового ключа минимален γ=0°, а при номинальной нагрузке угол открытия максимален γ=180°, и полупроводниковый ключ не открывают.

Для объяснения процесса возникновения токов намагничивания рассмотрим переходные процессы в реальном трансформаторе. Из схемы замещения:

В данном случае вместо переменной i1 целесообразно ввести переменную Ф, тогда:

Интегрирование этого уравнения весьма затрудняется тем, что здесь L11≠const и определяется сложной нелинейной связью i1=f(Φ), выражаемой магнитной характеристикой трансформатора. Однако первый член правой части уравнения мал, ввиду малости r1, по сравнению со вторым членом этого уравнения, также как падение напряжения r1i1 мало по сравнению ЭДС - . Поэтому при интегрировании можно приближенно принять L11 постоянным.

При этих условиях решение уравнения можно представить в виде двух слагаемых:

где Ф′ - мгновенное значение потока для установившегося режима и Ф′′ -мгновенное значение свободного потока.

Частное решение уравнения представляет собой поток

Поток Ф′′ определяется решением уравнения

где С - постоянная интегрирования, определяемая начальными условиями. В момент включения сердечник может иметь некоторый поток ±Фост остаточного намагничивания. Поэтому, принимая в дальнейшем φ=π/2, для момента t=0 получим

Существо изобретения поясняется фигурами:

на фиг.1 изображен график зависимости Ф=f(ωt);

на фиг.2 изображен график зависимости напряжения на первичной стороне трансформатора от времени U1=f(ωt) при угле открытия тиристора γ=0°. Наименее благоприятен случай, когда ψ=0 или 180° (напряжение в момент включения переходит через 0). Рассмотрим случай ψ=0. При этом если Фост в момент t=0 направлен встречно потоку Ф′, то

Вид кривой Ф=f(ωt) для данного случая показан на фиг.1.

Максимальное значение Ф достигается примерно через полпериода после включения, т.е. при ωt≈π. При этом

Таким образом, Фмакс более чем в два раза превышает нормальную величину рабочего потока, и, следовательно, сердечник сильно насыщен. Это, в свою очередь, приводит к возникновению весьма больших намагничивающих токов.

Если же создать поток Φост, направленный встречно свободному потоку, то в результате при включении трансформатора в самом тяжелом режиме холостого хода имеем:

То есть максимальный ток будет превышать номинальный менее чем в 2 раза, что зависит от соотношения Фm и Фост. А величина Фост, в свою очередь, зависит от величины напряжения подмагничивания, на которое будет включаться трансформатор.

Таким образом, амплитуда токов намагничивания будет снижена, что тем самым приведет к улучшению процесса включения выходного трансформатора регулятора при неполной нагрузке.

Так как в регуляторе на первичной стороне трансформатора уже имеются полупроводниковые ключи (тиристоры), включение на напряжение подмагничивания можно осуществлять путем открытия одного из тиристоров, а угол открытия этого тиристора менять от 0 до 180° в зависимости от состояния нагрузки. Если нагрузки нет, то угол открытия тиристора минимален (γ=0°), если же нагрузка номинальная, то угол открытия максимален (γ=180°), то есть тиристор не открывается (фиг.2).

Итак, заявленное изобретение позволяет улучшить качественные параметры цепи при первом включении выходного трансформатора регулятора на недогруженную цепь путем уменьшения выбросов токов намагничивания.

Способ регулирования переменного напряжения, заключающийся в том, что при работе на ламповую нагрузку изменяют как число периодов питающего напряжения, подключаемого к нагрузке, так и длительность периода регулирования в пределах от периода частоты питающего напряжения до периода критической частоты, что для работы на лампу накаливания составляет 50 Гц, отличающийся тем, что перед первым включением трансформатора осуществляют задержку включения на один период питающего напряжения, в первую половину которой производят анализ состояния нагрузки, и, в зависимости от результата, во вторую половину в трансформаторе создают магнитный поток Фост путем включения трансформатора на напряжение при помощи открытия полупроводникового ключа, находящегося на первичной стороне трансформатора, с углом открытия γ, зависящим от состояния нагрузки, причем без нагрузки угол открытия полупроводникового ключа минимален γ=0°, а при номинальной нагрузке угол открытия максимален γ=180°, и полупроводниковый ключ не открывают.

Читайте так же:
Юпитер 5 зажигание электронное регулировка

12. Импульсное регулирование постоянного напряжения

Импульсное регулирова­ние постоянного напряжения осуществляется при помощи импульсных преобразователей (прерывателей постоянного тока), включенных последо­ва­тельно в цепь нагрузки (рис. 12.1). В зависимости от мощности нагрузки применяют транзисторные или тиристорные прерыватели (ТП).

Импульсный преобразователь или прерыватель постоянного тока предназначен для включения и отключения нагрузки, а также для непосредствен­ного преобразования нерегулируемого напряжения источника постоянного тока в регулируемое. В качестве источника может быть применен аккумулятор, выпрямитель, генератор постоянного тока.

Среднее значение напряжения на нагрузке можно определить из соотношения:

где tи – длительность проводящего состояния преобразователя; tп – длительность непроводящего состояния преобразователя; Тк – период коммутации; fк = 1/ Тк – частота коммутации; δ – коэффициент передачи выпрямителя. Величина, обратная δ, называется скважностью.

Из формулы (12.1) видно, что среднее значение напряжения на нагрузке (U2ср) можно регу­ли­ровать двумя способами:

1) путем изменения интервала проводимости (tи) ключа при постоянстве частоты комму­тации (fк) прерывателя; такое регулирование называется широтно-импульсным (ШИМ) и изображено на рис. 12.2, а;

2) путем изменения частоты коммутации (fк) при постоянстве интервала проводимости (tu); такое регулирование называется частотно-импульсным (ЧИМ), изображено на рис. 12.2, б.

Преимущественное использование на практике ШИМ объясняется наличием следую­щих недостатков у ЧИМ:

· возможностью появления прерывистого тока при низких часто­тах;

· появлением радиопомех на высоких частотах.

Широтно-импульсное регулирование находит все более широкое приме­нение для регулирования и стабилизации электрических параметров на­грузок различного рода (на электротранспорте, в приводе металлообрабатывающих станков, для питания бортовых систем и т.д.) Это объясняется рядом их преимуществ: высоким КПД; высоким быстродействием; точностью регулирования выходного напряжения в широком диапа­зоне; высокой точностью управления при сохранении устойчивости; слабой чувствитель­ностью к изменениям температуры окружающей среды.

Однако им свойственны и некоторые недостатки: наличие пульсаций выходного на­пряже­ния создает необходимость устанавливать фильтры, что вызывает инерционность преоб­разователя и сложность управления для обеспечения устойчивости работы на им­пульсную нагрузку.

Схема импульсного коммутатора постоянного тока (рис. 12.3) содержит силовой тиристор VSc и узел принудитель­ного выключения силового тиристора, содержащий коммутирующий тиристор VSк, ком­му­тирующие индуктивность Lк и емкость Ск, коммутирующий ди

Подготовка схемы к работе начинается с заряда коммутирующей емкости Cк с по­ляр­ностью, указанной на рис. 12.3. Заряд коммутирующей емкости Cк можно осуществить с помощью кнопки Кз через сопротивление Rз по цепи «+» — Cк — Кз — Rз — «-», или при по­мощи специальной системы управления коммутатором, которая первый импульс по­дает на коммутирующий тиристор VSк, и после его открытия происходит заряд Cк.

Работа схемы начинается после включения силового тиристора VSс. При этом обра­зуется две цепи: одна для протекания тока нагрузки, другая – для перезаряда ком­му­тирующей емкости Cк. Время перезаряда емкости Cк определяется параметрами ко­леба­тельного контура, образованного коммутирующими элементами Lк и Ск.

После перезаряд Cк происходит вынужденное выключение силового тиристора VSc с помощью приложенного к нему обратного напряжения через коммутирующий тиристор VSк . В процессе выключения VSc емкость Cк разряжается. После запирания силового ти­ристора в работе остается коммутирующий тиристор VSк и, осуществляя заряд емкости Cк, подготавливает схему к дальнейшей работе.

Импульсный коммутатор переменного тока (рис. 12.4) обладает двухсторонней про­водимостью тока. В одну из диагоналей диодного моста включается ТП с ШИМ, а через другую диагональ подключается нагрузка к сети переменного напряжения. Процессы, происходящие в данной схеме, поясняются диаграммой (рис. 12.5).

В положительную полуволну напряжения сети работают диоды VD1, VD4 им­пульсный коммутатор. Отрицательную полуволну выходного напряжения формируют со­вместно с диодами VD2, VD3 тот же импульсный коммутатор. Процесс регулирования первой гармонической составляющей выходного напряжения осуществляется изменением длтельности работы силового тиристора VSc.

На практике питание нагрузок постоянного тока чаще осуществляется выпрямленным на­пряжением, поэтому представляет интерес работа ТП с ШИМ в цепи нагрузки выпрямителя (рис. 12.7).

Особенностей в работе импульсного коммутатора в цепи выпрямленного тока и в цепи постоянного тока нет, отличие заключается лишь в форме выходного напряжения (рис. 12.7). Выходное напряжение состоит из регулируемых импульсов, полученных из двухполупериодного выпрямленного напряжения. Регули­рова­ние импульсов среднего выпрямленного напряжения осуществляется широтно-ипульсным способом.

Поскольку в обеих схемах (рис. 12.4 и 12.6) тиристорный коммутатор вклю­чен в диагональ выпрямленного тока, то процессы, происходящие собственно в ТП с ШИМ, анало­гичны.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector