Содержание к диссертации
Введение
1 . Применение управляемых статических преобразователей в качестве регулирующих устройств в электроэнергетических системах 9
1.1. Общие положения 9
1.2. Исторический обзор развития силовой энергетики 11
1.3. Современные методы компенсации реактивной мощности и гибкие системы электропередач переменного тока 16
1 АВставки и линии электропередач постоянного тока 25
1.5. Компенсированные преобразователи как средство улучшения энергети ческих характеристик в системах 31
2. Электромагнитные процессы в трёхфазном мостовом преобразователе с коммутирующим устройством на чётных гармониках напряжения при бесконечно большой индуктивности линейного реактора 48
2.1. Общие уравнения 48
2.2. Решение дифференциальных уравнений 53
2.3. Зависимость выпрямленного тока от углов отпирания и коммутации 57
2.4. Зависимость выпрямленного напряжения от углов отпирания и коммутации 59
2.5. Условия отпирания и запирания вентилей преобразователя 61
2.6. Особенности электромагнитных процессов в преобразователе с искусственной коммутацией. Внешние характеристики 65
2.7. Отстройка преобразователя от режима прерывистых токов 76
3. Энергетические характеристики преобразователя 79
3.1. Гармонический анализ выпрямленного напряжения преобразователя 79
3.2. Гармонический анализ токов и напряжений в трехфазной цепи преобразователя 84
3.3. Энергетические характеристики 88
4. Экспериментальное исследование преобразователя с коммутирующим устройством 92
4.1. Экспериментальное подтверждение некоторых характеристик 92
4.2. Аварийные режимы и переходные процессы в преобразователе 96
4.3. Преобразователь с коммутирующим устройством, содержащим резистор 107
4.4. Преобразователь с коммутирующим устройством, содержащим дополнительную индуктивность 110
5. Математическое моделирование систем с вставками постоянного тока 116
5.1. Улучшение режима систем, связываемых некомпенсированной вставкой 116
5.2. Вставки постоянного тока с использованием компенсированных преобразователей 130
6. Рекомендации по выбору параметров вентилей и коммутирующего устройства 136
6.1. Условия работы вентилей в преобразователе с искусственной коммутацией 136
6.2. Выбор параметров узла искусственной коммутации 142
6.3. Испытание преобразователя 148
Заключение 153
Список литературы
- Исторический обзор развития силовой энергетики
- Зависимость выпрямленного тока от углов отпирания и коммутации
- Гармонический анализ выпрямленного напряжения преобразователя
- Экспериментальное подтверждение некоторых характеристик
Введение к работе
Актуальность темы. В современной электроэнергетике силовые вентильные преобразователи получили широкое распространение в качестве регулирующих устройств. По сравнению с традиционными способами регулирования (синхронные генераторы и компенсаторы, переключающие устройства на трансформаторах, подключение компенсирующих ёмкостей и реакторов и т.д.) вентильное регулирование имеет ряд преимуществ, в первую очередь - быстродействие. К числу таких устройств относятся статические тиристорные компенсаторы (СТК), управляемые шунтирующие реакторы (УШР), регуляторы потоков мощности (РПМ), вставки и линии электропередач постоянного тока. Для реализации всех этих способов регулирования в последнее время стали применять запираемые вентили (двухоперационные тиристоры и силовые транзисторы). Однако опыт, накопленный в основном зарубежными фирмами, выявил преимущественную область применения таких вентилей. Это область малых, в лучшем случае, средних мощностей преобразовательных установок. Мощные преобразователи, например, преобразователи вставок и линий электропередач постоянного тока, по-прежнему строятся на основе однооперационных тиристоров. К сожалению, одноопераци-онный тиристор (отпираемый) не даёт тех возможностей для регулирования, которые заложены в запираемом вентиле.
Существует класс преобразователей, построенных на однооперационных вентилях, при помощи которых реализуется возможность регулирования мощностей во всех четырёх квадрантах комплексной плоскости. Это компенсированные преобразователи или преобразователи с искусственной коммутацией. Существенным недостатком, сдерживающим применение таких установок в энергосистемах, являются повышенные напряжения на элементах такого преобразователя. Поэтому исследование возможностей использования регулирующих свойств таких преобразователей в мощных установках электрических систем, а также снижение перенапряжений на элементах этих преобразователей, является актуальной задачей.
В данной работе исследуется и усовершенствуется предложенная ранее и до сих пор детально не исследованная схема (схема Я.М.Червоненкиса), построенная на основе единичной трёхфазной мостовой схемы. Схема носит название трёх-
^ фазного мостового преобразователя с коммутирующим устройством на чётных
гармониках напряжения (рис.2.1). Исследуемый преобразователь хорош в отношении использования мощности трансформатора, эффективного использования конденсаторов. Недостаток, присущий всем компенсированным преобразователям (повышение напряжения на элементах схемы), в этом преобразователе неярко выражен и требует подробного исследования.
Цель работы. Настоящая работа ставит своей целью исследование свойств и
** характеристик трёхфазного мостового преобразователя с коммутирующим уст-
ройством на чётных гармониках напряжения как элемента электроэнергетической системы, определение оптимальных параметров коммутирующего устройства, разработку мер по снижению перенапряжений на элементах схемы, разработку простой методики выбора и расчёта параметров.
щ Методика исследований. Работа базируется на современных методах анали-
за преобразовательных устройств, на методах математического анализа и теории дифференциальных уравнений, на теории подобия и моделирования.
Исследования электромагнитных процессов проводились методом припасо-вывания, развитым С. Р. Глинтерником применительно к компенсированным преобразователям. Экспериментальные исследования проводились на электродина-
I мической модели постоянного тока СЭИ СО АН СССР.
Научная новизна определяется следующими положениями:
Уравнения, описывающие электромагнитные процессы, найденные в результате теоретического анализа, дополняют и завершают теорию мостовых преобразователей в основных областях работы.
Впервые разработана подробная методика выбора параметров узла искусственной коммутации для преобразователя, относящегося к классу компенси-
# рованных на чётных гармониках.
Впервые получены точные универсальные диаграммы мощностей (до этого строились диаграммы с учётом линейности процесса коммутации).
Предложен способ для снятия перенапряжений на элементах преобразователя (защищено авторским свидетельством на изобретение под номером 734 863).
Выявлена возможность использования данного преобразователя в мощных вставках постоянного тока.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе подробных исследований выработана простая методика выбора параметров коммутирующего устройства трёхфазного мостового преобразователя на чётных гармониках напряжения, дана методика построения удобных для использования диаграмм активных и реактивных мощностей преобразователя, выявлены наиболее опасные анормальные режимы, а также в том , что в результате усовершенствования коммутирующего устройства резко снижается класс изоляции всей преобразовательной установки, что уменьшает её стоимость, при этом сохраняются компенсаторные свойства преобразователя. Такой преобразователь может работать как в качестве источника, так и потребителя реактивной мощности.
Реализация научных результатов. Преобразователь с усовершенствованным коммутирующим устройством (с цепью в коммутирующем устройстве для снятия перенапряжений) успешно внедрен на одной из тяговых подстанций Восточно-Сибирской железной дороги в качестве выпрямителя с улучшенным коэффициентом мощности (тяговая подстанция «Жаргон»). Эксплуатация компенсированного преобразователя на тяговой подстанции позволила разгрузить питающую линию от перетоков реактивной мощности, что дало экономический эффект до 3 млн.кВт-часов электроэнергии в год.
В диссертации защищаются: 1. Теоретический анализ мостового преобразователя с коммутирующим устройством на четных гармониках напряжения, в результате которого теория мостовых компенсированных преобразователей получила свое логическое завершение.
2. Методика выбора параметров коммутирующего устройства трехфазного мостового преобразователя с коммутирующим устройством на четных гармониках напряжения.
ц 3. Способ для снятия перенапряжений на элементах преобразователя.
4. Анализ возможности использования исследуемого преобразователя для оборудования вставки постоянного тока.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Пятой всесоюзной межвузовской конференции по теории и методам расчета нелинейных электрических цепей и систем (Ташкент, 1975), на ежегодной конференции ВНИИэлектромаш (Ленинград, 1977), на заседании секции электро-
^ энергетических и трубопроводных систем Ученого совета СЭИ СО АН СССР
(Иркутск, 1979), на заседании секции специализированных систем энергетики Ученого совета Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН (Иркутск, 2005), на семинаре кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» Иркутского государственного университета путей сообщения (Ир-
щ кутск,2005), на семинаре кафедры «Электропривод и электрический транспорт»
Иркутского государственного технического университета (Иркутск,2006), на третьей Международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2005), на Всероссийской Международной конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Красно-ярск,2005).
Ь С результатом работы ознакомлены ВЭИ, институт электродинамики АН Ук-
раины, кафедра промышленной электроники Харьковского политехнического института, кафедра электрических сетей и систем Томского политехнического университета, служба электрификации и энергетического хозяйства Восточно-Сибирской железной дороги.
Публикации. По теме диссертации выполнен научно-технический отчет, опубликовано в научно-технических изданиях 10 статей, получено авторское сви-
Ф детельство на изобретение (СССР).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы - 234 страницы, из них 156 страниц основного текста, 95 рисунков, 13 таблиц, библиография из 145 наименований. В приложение вынесены рисунки глав 2,3,4,6.
В главе 1 представлено современное состояние проблемы системного регулирования с использованием управляемых преобразователей. Сформулированы цель и задачи исследования.
В главе 2 проведен анализ электромагнитных процессов в исследуемом преобразователе, на основе которого определены условия отпирания и запирания вентилей, проанализированы особенности электромагнитных процессов. Разработана методика отстройки преобразователя от режима прерывистых токов.
Исторический обзор развития силовой энергетики
Первый ртутный выпрямитель был построен в 1910 году, а электрический вентиль появился в самом начале 20-го века. Уже в 1901 В.Ф. Миткевич и А.А. (t Гершун исследовали электрические вентили. Первый стеклянный вентиль с парами ртути был построен в 1901 г. в США. Там же был построен металлический вентиль, сначала Купер-Хевиттом (1905г.), затем Штейнметцем (1908г.).
В Европе первый металлический ртутный выпрямитель был построен в 1910 г. Бела Жефером (Франция), а в 1912 г. фирмой Дженерал Электрик (США) разработан одноанодный металлический ртутный вентиль. В СССР первый выпрямитель со стеклянными ртутными вентилями был построен В.П. Вологдиным в 1921 г., а первый металлический ртутный выпрямитель - в 1925 г. В.К. Крапивиным.
Первая опытная установка с выпрямителями была создана сначала в США в 1913 г. (фирма Вестингауз), а затем в 1915 г. в Европе (фирма Броун - Бове Л ри). В 1914 г. Ленгмюром был предложен принцип сеточного управления ртутными вентилями, использованный в 1922 г. Тулоном для регулирования напряжения выпрямителей. В 1929 году появились управляемые вентили с горячим катодом - тиратроны. В 1931-1933 г. г. Слепян и Людвиг в лаборатории фирмы Вестингауз (США) создали первый игнитрон - многоанодный ртутный вентиль. В СССР выпуск стеклянных игнитронов начат в 1936 г., а металличе I ских - в 1938 г. (ленинградский завод «Светлана»). В 1941-1943 г.г. начат вы пуск металлических одноанодных ртутных вентилей с сеткой.
После освоения серийного производства металлических одноанодных ртутных вентилей вентильные преобразователи сразу стали находить многочисленные применения. Электротехническая промышленность всего мира претерпела настоящую революцию. Вентильное преобразование начало вытеснять старые методы преобразования электрической энергии с помощью электрома шинных преобразователей. По сравнению с электромашинными вентильные преобразователи имели следующие преимущества: меньшие габариты, отсут ствие вращающихся частей, удобство обслуживания. Но, может быть, еще более прогрессивным их свойством является превосходство динамических характеристик: возможности регулирования напряжения в широком диапазоне, огромное усиление мощности и почти полное отсутствие инерции в реакции выпрямленного напряжения на сигнал управления. Электрические машины плохо удовлетворяли потребностям автоматизации управления главным образом из-за огромной инерции магнитных полей при управлении со стороны возбуждения, которая во многих случаях превышает механическую инерцию вращающихся масс. Поэтому с самого начала их появления ртутные преобразователи стали использовать не только в силовой энергетике (электротяга, электролиз, передача энергии), но и для автоматизации управления.
Еще в начале тридцатых годов прошлого столетия в СССР во всесоюзном электротехническом институте (ВЭИ) под руководством Л.С. Гольдфарба и Г.Р. Герценберга были созданы и внедрены тиратронные автоматические регуляторы для энергосистем. Там же и тогда же под руководством А.Г. Иосифья-на были разработаны тиратронные следящие приводы, получившие широкое применение.
В конце 30-х годов Ф.И. Бутаевым и Э.Л. Эттингером в ВЭИ были предложены вентильный каскад с асинхронным двигателем и вентильное гашение поля крупных электрических машин (синхронных генераторов и компенсаторов).
В 1939 г. Д.А. Завалишин предложил вентильный преобразователь частоты без промежуточной цепи постоянного тока. В 1941 г. в ВЭИ были разработаны электронные системы автоматического регулирования и управления электроприводом постоянного тока с тиратронами и управляемыми выпрямителями.
Интенсивные работы в этих направлениях проводились и за рубежом. Кроме того, в эти же годы у нас и за рубежом широко проводились теоретические и практические работы по применению вентильных преобразователей в силовой энергетике: передача энергии по линии постоянного тока [16], электротяга [123] и т.д.
Наряду с успехом в применении ионных вентильных преобразователей более заметными становились и недостатки, свойственные ионным вентилям, особенно тиратронам, из-за подогревного катода и относительно больших габаритов. Эти недостатки особенно остро сказывались в нижней шкале мощностей, обслуживаемой тиратронами, и в преобразователях, требующих большого числа вентилей. Они, конечно же, сдерживали применение таких установок в народном хозяйстве. Можно назвать и ряд других недостатков, свойственных ионным вентилям. Появилась объективная потребность в новых, более совершенных приборах.
Бурное развитие радиоэлектроники, особенно радиолокационной техники, в период второй мировой войны дало толчок исследованиям в области полупроводниковых материалов и приборов. Появление в тот же период сложнейших многоламповых схем электронных счетных машин и развитие авиационной радиотехники привело к необходимости разработки малогабаритного надежного электронного оборудования. Было установлено, что решение целого ряда серьезных задач с помощью радиоламп оказывается или затруднительным, или вообще практически невозможным. Развитие техники поставило ученых перед необходимостью создания надежного, малогабаритного и малопотребляющего прибора, способного заменить лампу.
Зависимость выпрямленного тока от углов отпирания и коммутации
Общие уравнения и результаты анализа предыдущих параграфов дают воз можность для определения мгновенных токов и напряжений в любой точке преобразователя, если заданы параметры его [Ет, хТ, хр, хс). Но основными характеристиками преобразователя являются интегральные характеристики: Ij = f{a,y), Ud = f(a,y), т.е. зависимости выпрямленных тока и напряжения от углов отпирания и коммутации. Знание этих зависимостей открывает возмож ность построения внешних характеристик преобразователя, а отыскание функций мгновенного выпрямленного напряжения в зависимости от времени в интервалах {ud = /(#)), а также функций токов в трехфазной цепи (іа, гв или ic = /(в)), дает возможность провести полный гармонический анализ преобразователя.
Чтобы вывести зависимость выпрямленного тока от углов отпирания {а) и } коммутации (у), воспользуемся условием / з {а + у) - Id - Выражение для /3 = /ІР) находим из третьего уравнения системы (2.5):
Возможность отпирания очередного вентиля, вступающего в работу в выпрямительном режиме, появляется с момента времени, когда напряжение на нем меняет знак при переходе через нуль из области отрицательных в область положительных значений. Этот момент времени в компенсированных преобразователях отличается от момента перехода через нуль основной э.д.с, жестко связанной с выбранным началом отсчета, и зависит от режима нагрузки. Он характеризуется углом а0, который называется углом естественного отпирания. Угол ос$ отсчиты вается от неподвижного начала отсчета, жестко связанного с заданной системой г э.д.с. основной частоты. Мы рассматриваем режим 3-2, т.е. когда открыты попе ременно по три и по два вентиля соответственно в коммутационном (открыты вентили 1, 2, 3) и межкоммутационном (открыты вентили 2, 3) интервалах. Сле дующий вентиль, который должен вступить в работу, четвертый, может открыть ся только в тот момент, когда напряжение на нем будет переходить из области от рицательных в область положительных значений, т.е. когда напряжение на нем будет равно нулю.
Таким образом, чтобы вывести формулу для угла естественного отпирания, необходимо приравнять нулю напряжение на четвертом вентиле в режиме работы двух вентилей, т.е. выполнить условие и4 \а + — \ = 0.
Напряжения на вентилях преобразователя находятся из общих уравнений и выражаются через э.д.с. сети и напряжения на конденсаторах. Когда преобразователь работает в инверторном режиме, очень важно правильно выбрать моменты отпирания очередных вентилей, чтобы не допустить опрокидывания инвертора. Момент отпирания очередного вентиля в инверторе и момент запирания вентиля, выходящего из работы, разделены углом коммутации. Если рассматривать идеальные вентили, т.е. вентили, которые мгновенно восстанавливают свою электрическую прочность, то условием своевременного запирания вентилей является требование изменения знака напряжения на вентиле точно в момент его погасания. Если напряжение на вентиле, выходящем из работы, изменит свой знак в положительную сторону до момента погасания его, то произойдет опрокидывание инвертора, которое, как известно, ведет к нарушению нормальной работы преобразователя [85].
Отсюда вытекает правило отыскания условия своевременного запирания вентилей: чтобы получить зависимости, характеризующие эти условия, необходимо на вентиле, выходящем из работы ( в нашем случае на вентиле 1), приравнять нулю напряжение в момент запирания его: щ (а + у) = 0. Заметим при этом, что выражение для напряжения на вентиле 1 берется для случая, когда работают вентили 2 и 3, т.е. во внекоммутационном интервале
Если сравнить выражения (2.29) и (2.33), определяющие в первом случае угол естественного отпирания вентиля выпрямителя, а во втором - угол своевременного запирания вентиля инвертора, то увидим, что эти выражения отличаются только знаком при косинусах. Следовательно, аргументы этих выражений, в первом случае а0, а во втором (а + у)гр, являются взаимно дополняющими друг друга до 180, т.е. можем еще раз записать важное соотношение, выведенное в [28]: (а + г)гр=л:-ао- (2-35)
В реальном (содержащем не идеальные, а реальные вентили) инверторе угол (а + у) меньше предельного угла (а + у) на величину угла восстановления полной электрической прочности вентиля, который в литературе обозначается 8. Поэтому соотношение (2.35) применительно к реальным условиям будет иметь вид a + y + S = 7і:-а0. (2.36)
У высоковольтных ртутных вентилей и тиристоров время восстановления запирающей способности имеет порядок 100 мксек или около 2 (для частоты 50 Гц). Несмотря на такую малую величину этого промежутка времени, угол 8 устанавливается и поддерживается автоматически на уровне 15. Его иногда называют углом безопасности, т.к. поддержание 8 на этом уровне предохраняет инвертор от опрокидывания во время переходных процессов в сети переменного тока, поскольку в случае нарастания тока или снижения переменного напряжения во время переходного процесса происходит увеличение угла / и соответственное уменьшение угла 8 (согласно соотношению (2.36)).
Если возвести в квадрат выражения (2.29), а затем сложить обе части полученных равенств, то после исключения аргумента а устанавливается аналитическая зависимость, характеризующая границы областей работы преобразователя, на которых становится уже возможным отпирание вентилей, если преобразователь работает в выпрямительном режиме, и еще возможно своевременное завершение процесса коммутации и запирание вентилей, если преобразователь работает в инверторном режиме.
Гармонический анализ выпрямленного напряжения преобразователя
Проводя анализ работы любого преобразователя, невозможно обойти вниманием его энергетические характеристики, которые являются основными при оценке работы той или иной схемы силового преобразователя. Все преобразователи с искусственной коммутацией (в том числе и рассматриваемый в данной работе) преследуют цель улучшения именно энергетических характеристик, хотя некоторые другие их характеристики, например, условия работы вентилей, несколько ухудшаются. Как уже говорилось ранее, улучшение энергетических характеристик преобразователей с искусственной коммутацией заключается в повышении коэффициента мощности преобразователя и в возможной работе такого преобразователя в качестве дополнительного источника реактивной мощности. Выявить особенности энергетических характеристик любого преобразователя невозможно без предварительного гармонического анализа токов и напряжений его, хотя проведение такого анализа уже само по себе представляет определенный интерес.
Гармоническим анализом преобразователей занимался целый ряд как советских, так и зарубежных исследователей [28, 37, 55, 62, 86, 89, 109,111, 112, 139, 142, 143]. Что касается мостовой трехфазной схемы, на основе которой построен рассматриваемый в данной работе преобразователь с искусственной коммутацией, то в ней главный интерес представляет анализ высших гармоник выпрямленного напряжения и токов и напряжений в трехфазной цепи. В рассматриваемом преобразователе определенный интерес еще представляют четные гармоники, на которые включена цепь конденсатора. Но поскольку электромагнитные процессы, связанные с колебаниями в цепи конденсатора, в конечном итоге влияют на выходные токи и напряжения (на выпрямленное напряжение и на токи и напряжения в трехфазной цепи), то результаты гармонического анализа основных токов и напряжений (на входе и выходе) уже будут заключать в себе влияние четных гармо ник. Поэтому далее для рассматриваемого преобразователя будет проведено только исследование высших гармоник выпрямленного напряжения и токов и напряжений в трехфазной цепи (гармонический анализ токов и напряжений в цепи конденсатора проводиться не будет).
Поскольку четные гармоники замыкаются в контуре колебаний хр - хр — хс, то все закономерности, характерные для высших гармоник трехфазного мостового преобразователя, остаются в силе.
Главная закономерность, присущая мостовым трехфазным преобразователям, впервые установленная в [37], заключается в том, что каждой высшей гармонике выпрямленного напряжения порядка п-кр соответствуют в переменном токе преобразователя две высшие гармоники тока с порядковыми номерами п = кр ± 1, где р - число, равное удвоенному числу фаз переменного тока, а к - любое натуральное число.
Для некомпенсированных преобразователей, работающих в условиях идеально сглаженного выпрямленного тока {Ld = со), в [28] получены универсальные формулы коэффициентов Фурье для всех возможных режимов вплоть до короткого замыкания на стороне постоянного тока. Для компенсированных преобразователей сложнее достигнуть такой же общности и обозримости результатов анализа во всех режимах на основе вывода универсальных аналитических формул, так как вывод этих формул связан с большими трудностями из-за громоздкости аналитических выражений. При применении вычислительной техники гармонический анализ компенсированного преобразователя не представляет особых затруднений, так как аналитические преобразования не идут дальше интегрирования тригонометрических функций. В [28] для режима 3-2 ценою длительных и громоздких преобразований все-таки удалось получить универсальные формулы для коэффициентов Фурье при исследовании гармоник преобразователя с параллельно включенными на основную частоту конденсаторами.
Эти формулы хороши своим изяществом, простотой и наглядностью, а также тем, что из них получаются формулы для некомпенсированного преобразователя, когда хс —» оо и хр -» оо.
Из чисто методических соображений (для обобщения теории преобразователей с искусственной коммутацией) аналогичные формулы получены и для рассматриваемого в данной работе преобразователя (рис. 2.1). Они тоже просты и наглядны и из них тоже получаются формулы для некомпенсированного преобразователя при вырождении параметров узла искусственной коммутации, когда С- 0 и хр -»0.
Переходя к исследованию высших гармоник рассматриваемого преобразователя, заметим, что ограничимся случаем, когда в выпрямленном токе не существует пульсаций (т.е. Ld = со). Кривая выпрямленного напряжения преобразователя является периодической пульсирующей функцией. Период пульсаций Т = — равен длительности интер Р вала повторяемости и выпрямленное напряжение содержит, кроме постоянной составляющей, четные высшие гармоники порядка п = кр.
Экспериментальное подтверждение некоторых характеристик
Все выводы и характеристики, полученные теоретическим путем в предыдущих главах, тщательно проверены экспериментально. Для экспериментального исследования преобразователя с искусственной коммутацией была использована модельная установка, построенная на базе кремниевых вентилей. На установке не моделировалось какое-либо конкретное устройство, просто исследовался преобразователь с искусственной коммутацией как таковой.
Электрическая схема установки, на которой производились эксперименты, изображена на рис. 4.1. Она представляет собой два трехфазных преобразовательных моста, связанных друг с другом по постоянному току так, что любой из мостов можно переводить в выпрямительный или инверторный режимы. При этом один мост включен по схеме искусственной коммутации, а второй - по обычной трехфазной мостовой управляемой схеме. На схеме рис. 4.1 указаны симметрирующие и демпфирующие цепи, которыми снабжен каждый из мостов, а на рис. 4.2 представлена их схема включения. Параметры элементов цепей демпфирования и симметрирования приведены в таблице 1.
Оба моста со стороны переменного тока подключены к мощной сети 380 В через модельные трехобмоточные трансформаторы, третьи обмотки которых служат для синхронизации систем сеточного управления тиристорами. В экспериментальной схеме предусмотрена возможность подключения модельного генератора средней мощности (5 кВА) вместо сети 380 В. На выводы трансформатора модельного генератора можно включать (по необходимости) различные нагрузки, различные как по виду нагрузок, так и по мощности. Возможности регулирования угла отпирания, заложенные в самой системе управления, дополняются фазорегуляторами (снабжены оба моста) типа МАФ-22М разработки и изготовления ВЭИ им. В.И. Ленина.
Поскольку связь по постоянному току между двумя мостами не рассматривалась как ЛЭП постоянного тока и, следовательно, не моделировалась, то и регулирование, соответствующее такой ЛЭП, не предусматривалось. На стороне постоянного тока были включены большой реактор с возможностью широкого изменения его индуктивности и регулируемое активное сопротивление. В схеме предусмотрена возможность обособления одного преобразователя от другого, в частности, исследуемый преобразователь с искусственной коммутацией, если он работает выпрямителем, можно включать не на противо-э.д.с, а на активную, индуктивную или активно-индуктивную нагрузку. И вообще, как видно из рис. 4.1, экспериментальная схема позволяет исследовать все возможные режимы работы преобразователя с искусственной коммутацией.
Для записи процессов в преобразователе использовался безинерционный электронный шестилучевой осциллограф 60ЭМ-1 разработки и изготовления ВЭИ им. В.И. Ленина.
Представим некоторые из экспериментальных проверок наиболее важных характеристик. На рис. 4.3 показан ход кривых 7 = f(y) преобразователя для четырех областей: 1) для выпрямителя в области потребления реактивной мощности \a = 30J; 2) для выпрямителя в области выдачи реактивной мощности [а = -40); 3) для инвертора в области потребления реактивной мощности [a = 150); 4) для инвертора в области выдачи реактивной мощности [а = 190).
Частотные параметры при этом были: /л =1,8; — = 1,3. Сплошными линиями локаут заны теоретически рассчитанные кривые, штриховыми - экспериментальные. Кривые снимались на комплексе выпрямитель - инвертор, причем при исследовании выпрямителя устанавливался постоянный угол отпирания и регулированием инвертора менялась противо-э.д.с. выпрямителя, т.е. менялась нагрузка. При исследовании инвертора регулирование производилось на выпрямителе. Из сравнения теоретических и экспериментальных кривых видно их хорошее совпадение. внешних характеристик при тех же частотных параметрах.
В данной работе не представляется возможным привести весь сравнительный материал, полученный автором при экспериментальных исследованиях стацио нарных режимов преобразователя. Ограничиваясь приведенными иллюстрациями, можно сказать, что все теоретические выводы, полученные ранее, с достаточной I точностью подтверждаются экспериментами. При этом было учтено, что теорети ческий анализ был сделан с пренебрежением активными сопротивлениями. Поэтому при моделировании установки приходилось пользоваться индуктивностями большой добротности.
