Статья:

Анализ вентильных преобразователей с характеристиками источников тока

Конференция: XXXIX Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: технические и математические науки»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Сайболатова А.К. Анализ вентильных преобразователей с характеристиками источников тока // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XXXIX междунар. студ. науч.-практ. конф. № 10(39). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_tech/10(39).pdf (дата обращения: 19.08.2018)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Анализ вентильных преобразователей с характеристиками источников тока

Сайболатова Айзада Канатбеккызы
магистрант 2 курса, Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина, Республика Казахстан, г. Астана
Мендыбаев Сергазы Амергалиевич
научный руководитель, проф., канд. техн. наук, Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, Республика Казахстан, г. Павлодар
Исенов Султанбек Сансыбаевич
научный руководитель, канд. технических наук, ассоциированный проф., декан энергетического факультета, Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина, Республика Казахстан, г. Астана

 

В научной статье дан анализ вентильных преобразователей с характеристиками источников тока. На основе проведённого анализа, для наиболее энергоемких потребителей рекомендован токопараметрический преобразователь, имеющий естественную токовую характеристику.

Ускорение научно-технического прогресса предъявляет все возрастающие требования к источникам и преобразователям электрической энергии по надёжности и экономичности. Производство и распределение электрической энергии в основном осуществляется на переменном токе при частоте 50 Гц. В тоже время более 30% производимой электроэнергии потребляется на постоянном токе. Для преобразования переменного тока в постоянный ток, широко используются полупроводниковые преобразователи[4].

Для целого ряда электротехнологических потребителей постоянного тока (электролиз цветных металлов и химических элементов, гальванопластика, зарядка аккумуляторных батарей, электродуговые печи постоянного тока, электросварка постоянным током, плазматроны) требуется стабилизация и регулирование питающего тока. Эти потребители имеют нелинейную вольтамперную характеристику и малое дифференциальное сопротивление. При исследовании электромагнитных процессов эти потребители могут быть представлены нагрузкой в виде противо-ЭДС.

Качество регулирования мощности, передаваемой от источника к потребителю, зависит от согласования их вольтамперных характеристик. В оптимальном случае источник и потребитель должны иметь “противоположные” характеристики. Следовательно, для питания потребителей с малым дифференциальным сопротивлением необходим источник тока.

В настоящее время известен ряд преобразователей с характеристиками источников тока [3]. Рассмотрим основные их виды.

1)  Магнито-тиристорные преобразователи (МТП), использующие в качестве составных элементов дроссели насыщения с разделёнными рабочими обмотками (рисунок 1). Они позволяют осуществить управление режимами работы по силовой цепи. Ток нагрузки определяется только током управления и не зависит при работе на линейном участке от напряжения, частоты сети и сопротивления нагрузки [5].

2)  Преобразователи с дозированной передачей энергии из сети в нагрузку, использующие явление перезарядки конденсатора, включённого в диагональ тиристорного моста (рисунок 2). Наилучшим образом такие преобразователи могут использоваться в режиме параметрической стабилизации тока при работе на нагрузку с крутопадающей внешней характеристикой.

3)  Асинхронные генераторы (АГ) с конденсаторным возбуждением работающие в режиме источника тока. Ha рисунке 3 приведена схема работы АГ на нагрузку постоянного тока.

4)  Вентильно-емкостные преобразователи, представляющие собой диодно-конденсаторные схемы, работающие в режиме близком к кроткому замыканию цепи нагрузки (рисунок 4).

5)  Управляемые вентильные преобразователи, в которых характеристики источника тока формируются за счёт отрицательной обратной связи по току. Постоянство тока в этом случае обеспечивается регулированием величины выходного напряжения преобразователя. Структурная схема преобразователя приведена на рисунке 5.

 

Рисунок 1. Схема магнитно-тиристорного преобразователя

 

 

ZH

 

Рисунок 2. Схема преобразователя с дозированной передачей. Энергии из сети в нагрузку

 

Рисунок 3. Схема асинхронного генератора с конденсаторным возбуждением

 

Рисунок 4. Схема вентильно-емкостного преобразователя

 

Рисунок 5. Структурная схема управляемого вентильного преобразователя отрицательной обратной связью. ЗТ – задатчик тока; РT – регулятор тока; УВП – управляемый вентильный преобразователь; Н – нагрузка; ДТ – датчик тока

 

Рисунок 6. Структурная схема токопараметрического преобразователя. ПИТ – параметрический источник тока; ВК – вентильный комп­лект

 

Управляемые вентильные преобразователи, построенные на базе замкнутых систем стабилизации тока, до настоящего времени нашли широкое практическое применение (ТВ9, ВАК, ВАКР и др.). Они позволяют регулировать величину тока нагрузки в широких пределах и обеспечивают сравнительно высокую надежность. Однако, наряду с этим, данные преобразователи обладают рядом недостатков: сложность схемных решений; повышенными требованиями к устойчивости; отрицательным влиянием на питающую сеть [2].

Так как рабочее напряжение энергоемких потребителей меняется в широких пределах, коэффициент сдвига преобразовательных агрегатов оказывается ниже номинальной величины. Кроме того, остается несогласованность динамических ВАХ источника и приемника. Это приводит к значительны пульсациям выпрямленного тока, особенно при углах регулирования близких к девяносто градусов.

6)  Токопараметрические преобразователи (ТПП), разработанные на базе параметрического исто чника тока (ПИТ) и обладающие ес­тественной токовой характеристикой. Токопараметрические преобразователи обладают рядом существенных достоинств по сравнению с управляемыми вентильными преобразователями с обратной связью по току, основными из которых являются [5]:

·     высокий коэффициент мощности во всем диапазоне выходных напряжений;

·     устойчивость к частым технологическим коротким замыкани­ям (режиму характерному для электродуговых процессов);

·     возможность параллельной работы группы таких преобразователей на общую наг­рузку. Это позволяет создавать источники тока практически любой мощности, с высокой надёжностью;

·     уменьшение коэффициента гармоник потребляемого сетевого тока по сравнению с традиционными преобразователями напряжения.

Обладая несколько худшими массогабаритными показателями, по сравнению с агрегатами серии ТВ9, источники питания с ПИТ показали лучшие энергетические характеристики. В зависимости от номинальной мощности источника их КПД составляет 93–96% (у агрегатов серии ТВ9 ответственно 91–93%). В номинальном режиме коэффициент мощности у истопников с ПИТ0,91–0,96% (ёмкостной), у агрегатов ТВ9 он составляет 0,87–0,93 соответственно. В зависимости от глубины регулирования коэффициент мощности последних может снижаться до 0,6. У источников с ПИТ изменяется незначительно и не бывает0,9 [1].

Сравнение проводилось по установленной мощности конденсаторов и реакторов. Расчёт делался в общем виде для широко распространённого на практике управляемого мостового выпрямителя с выходным компенсационным фильтром, работающим в режиме стабилизатора тока на низкоомную активную нагрузку с индуктивным фильтром. При полном диапазоне изменения напряжения на нагрузке коэффициент мощности такого выпрямителя близок к 0,5 (без учета компенсации) и требует значительной мощности фильтрокомпенсирующих устройств.

На основании вышеизложенного считается наиболее целесообразным применение вентильных преобразователей на базе параметрических источников тока для потребителей с нелинейной вольтамперной характеристикой, особенно для энергоёмких потребителей.

 

Список литературы:
1. Гейтенко Е.Н. Источники вторичного питания. – М.: 2008. №2.
2. Зиновьев Г.С. Источники вторичного питания. Основы силовой электроники. – Н.: 2009. № 1.
3. Иванов А.Т. Системы управления полупроводниковыми преобразователями. – Ч.: 2010. №4.
4. Мелешин В.И. Преобразовательная техника. – М.: 2005. №3.
5. Царенко А.И. Тиристорно-конденсаторные преобразователи. – М.: 1997.