Исследование электромагнитных процессов в трехфазном мостовом преобразователе в режиме выпрямления

Цель работы: изучить особенности работы трехфазного мостового тиристорного преобразователя в режиме выпрямления, освоить методы его испытания и наладки.

Преобразователь, выполненный по трехфазной мостовой схеме, является базовым элементом в большинстве систем электроэнергетики с элементами силовой электроники. Его функции определяются алгоритмом включения и выключения вентилей. На подстанциях передач постоянного тока он получил название одномостового, а в системах возбуждения синхронных генераторов – одногруппового. Исследуемые в работе режимы преобразователя соответствуют его длительным рабочим режимам и режимам перегрузки на выпрямительной подстанции электропередачи постоянного тока, а также работе его в системе возбуждения в длительных рабочих режимах и режиме форсировки возбуждения синхронного генератора.

 

 

1.3.1. Вопросы для самоподготовки

При ответах на вопросы следует пользоваться схемой электрических соединений и схемой замещения преобразователя и диаграммами изучаемого режима.

1. Приведите примеры систем в электроэнергетике, в которых используется трехфазный мостовой преобразователь, работающий в режиме выпрямления.

2. Сделайте обоснование схемы замещения преобразователя, применяемой при анализе электромагнитных процессов в нем.

3. При каких условиях тиристор включается и выключается?

4. Каков интервал времени, в течение которого можно включить каждый из тиристоров?

5. Что такое углы естественного включения и запаздывания включения тиристора? Как они определяются по кривой напряжения на тиристоре?

6. Что включает в себя понятие «симметричная система управления» для исследуемой схемы преобразователя?

7. Покажите, как строятся диаграммы напряжений на шинах постоянного тока U_d и вентиле U_V в режиме 2.

8. Поясните как происходит коммутация токов тиристоров. Какими условиями определяется начало и конец коммутации? От чего зависит длительность интервала коммутации? Как и почему на него влияют значения I_d, E ₂, X _γ, α?

9. Каковы причины отличий в диаграммах для U_d, i_V, U_V в режимах 2 и 2-3?

10. При каких условиях появляется режим 3 и режим 3-4? Почему отличается вид внешних характеристик в режимах 2-3, 3 и 3-4?

11. С помощью диаграммы напряжения U_d поясните почему снижается это напряжение с ростом тока I_d при постоянном угле регулирования α.

12. Постройте внешние характеристики преобразователя при углах управления α: 0; 15; 30; 45; 60; 75 град. эл. Покажите кривую, соответствующую режиму 3.

 

 

1.3.2. Предварительная подготовка

1. Исходные данные

 

Таблица 1.4

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
α	0	10	70	50	0	80	20	50	0	30	10	70	0
γ	60	30	20	30	15	10	40	20	30	15	20	20	45

 

2. Для параметров заданного варианта (табл. 1.4) построить временные диаграммы:

- напряжений U _П0, U _K0 между шинами постоянного тока и нейтралью трансформатора;

- напряжения на одном тиристоре U_V;

- токов всех тиристоров i_V;

- тока одной фазы i _Ф и его первой гармоники i _Ф1;

- напряжения на шинах постоянного тока U_d.

3. Построить в относительных единицах семейство внешних характеристик преобразователя в режиме выпрямления для α = 0; 15; 30; 45; 60; 75 град. эл. и угла управления по варианту. Показать точку, соответствующую параметрам рассматриваемого режима, рассматриваемого в заданном варианте.

4. Познакомиться с программой испытаний (п. 1.3.3).

Нарисовать принципиальную электрическую схему, которую надо собрать на стенде (см. п. 7.1) для выполнения программы испытаний. На схеме должны быть показаны измерительные приборы и датчики величин, измеряемых при испытаниях.

По каждому пункту программы испытаний продумать и перечислить действия (операции), которые надо провести, в том порядке, который необходим для выполнения соответствующего пункта программы.

5. Подготовить таблицы, системы координат и расчетные выражения для обработки экспериментальных данных.

 

 

Программа испытаний

Пункты программы, по которым надо провести эксперимент, указывает преподаватель.

1. Собрать схему для проверки работоспособности преобразователя. При этом сопротивление нагрузки установить 6 Ом.

2. Подать питание и убедиться в работоспособности преобразователя и его управляемости при регулировании напряжения управления СИФУ.

3. Установить угол управления 90 град. эл. Отключить напряжение питания преобразователя.

4. Подготовить преобразователь для работы в режиме 2-3:

- включить в фазы реакторы Х γ (L γ≥ 1 мГн);

- для осциллографирования тока фазы в одну из фаз включить трансформатор тока (УТТ–5 600/5);

- подключить сопротивление нагрузки, заданное преподавателем.

5.Включить питание преобразователя и, изменяя угол управления, установить выпрямленный ток в пределах 5…10 А;

6. Для установленного режима преобразователя измерить:

- напряжение на шинах постоянного тока U_d;

- выпрямленный ток I_d;

- угол управления α;

- угол коммутации γ;

7. Снять осциллограммы:

- напряжения на шинах постоянного тока u_d;

- напряжения на тиристоре u_V;

- тока фазы i _Ф.

8. Снять зависимости напряжения на шинах постоянного тока U_d (внешняя характеристика) и угла коммутации γ от величины выпрямленного тока I_d при фиксированном значении угла управления α (значение, полученное в п. 5 программы испытаний). Величину тока изменять путем изменения величины сопротивления нагрузки от 6 до 0,5 Ом.

9. Снять зависимость угла коммутации от величины угла управления при фиксированных значениях выпрямленного тока и сопротивлений фаз сети Х γ.

10. При фиксированном значении выпрямленного тока снять зависимость угла коммутации и напряжения на шинах постоянного тока от величины сопротивления фаз сети Х γ.

11. Отключить выключатели питания стенда. Разобрать схему.

 

 

Содержание отчета

1. Результаты предварительной подготовки п. 1.3.2.

2. Экспериментальные данные исследования режимов п. 1.3.3 (таблицы, значения, осциллограммы). На осциллограммах покажите: углы управления и коммутации, среднее и максимальное напряжение на шинах постоянного тока, значение выпрямленного тока.

3. Внешняя характеристика преобразователя (U_d = f (I_d)).

4. Зависимость угла коммутации от величины выпрямленного тока.

5. Зависимость угла коммутации от величины угла управления.

6. Зависимость угла коммутации от величины Х γ.

7. Зависимость напряжения на шинах постоянного тока U_d от величины Х γ.

8. Расчет значений амплитуды тока двухфазного к.з. I ⁽²⁾_{к m} и сопротивления фазы сети Х γ по данным экспериментальной внешней характеристики.

Примечание: Каждый этап обработки экспериментальных данных(зависимостей, осциллограмм) должен сопровождаться анализом и выводами.