Коэффициент мощности и основные технико-экономические показатели системы ТП-Д

Вследствие специфики режима работы вентилей происходит искажение формы кривой тока, потребляемого ТП из сети, а при регулировании выходного напряжения преобразователя возникает дополнительное искажение формы кривой тока и сдвиг по фазе между напряжением и током, т.к. ток через вентили начинает проходить позднее, чем при отсутствии регулирования. Отключение вентилей, т.е. прекращение тока, также происходит соответственно позднее. При достаточной индуктивности якорной цепи ток через вентили продолжает протекать в том же направлении даже при изменении знака напряжения.

Важнейшим энергетическим показателем вентильного преобразователя и вентильного электропривода, является коэффициент мощности, который характеризует использование питающей системы. При синусоидальном U и I он равен косинусу угла сдвига по фазе между током и напряжением. В вентильных установках напряжение по форме кривой близко к синусоиде (в действительности кривая первичного напряжения несинусоидальна, что является следствием несинусоидальности потребляемого из сети тока). Кривая же тока резко искажена в/r. Поскольку в/r напряжения, созданные преобразователем в питающей системе, опережают по фазе на 90° создавшие их гармоники тока, активная мощность этих гармоник равна 0. Сдвиг по фазе между гармониками тока вентильного преобразователя и гармониками напряжения, созданными в питающей системе, другими ТП, дуговыми печами, мощными трансформаторами и т.п., не равен 90°. Поэтому их мощность не равна 0. Но активная мощность в/r не совершает полезной работы в вентильном электроприводе, а рассеивается в виде потерь, ухудящая КПД электропривода. Полезную работу совершает часть активной энергии основной гармоники тока и напряжения, а другая часть этой энергии также рассеивается в преобразователе и двигателе. Вследствие относительной малости активной мощности в/r токов и напряжений принято определять активную мощность (и энергию) по основным гармоникам токов и напряжений. Полная мощность определяется с учетом всех гармоник.

Отношение активной мощности P к полной S характеризует использование питающей энергосистемы и называется коэффициентом мощности вентильного электропривода (собирательное понятие).

, где

Здесь N – мощность искажения, вызванная токами в/r, протекающими в сети переменного тока. Отрицательный эффект мощности N схож с эффектом реактивной мощности – увеличение потерь и уменьшение КПД.

Т.к. ; , то

, где

n_u, n_I – коэффициенты искажения напряжения и тока, а n - коэффициент искажения мощности.

В бестрансформаторных схемах при достаточной индуктивности в цепи выпрямленного тока a=j₁ и cosj₁=cosa

В трансформаторных схемах

С достаточным приближением можно считать, что

т.к напряжению U_d соответствует скорость w при данном угле регулирования, а напряжению U_do – скорость ω₀ при том же угле регулирования.

Отсюда следует, что χ вентильного электропривода зависит от скорости при регулировании и нагрузки на валу, т.е. он пропорционален степени снижения скорости. Снижение w и соответственно увеличение угла a, а также увеличение тока нагрузки приводит к уменьшению c. На графике рис. 5.9.1 приведены зависимость c от w при номинальной нагрузке системы ТП-Д и cosφ системы ГД (для сравнения). Видно, что коэффициент мощности системы ТП-Д уступает системе ГД.

С целью повышения значения c применяются методы искусственной коммутации вентилей и специальные резонансные фильтры, обеспечивающие резонанс напряжений на соответствующей гармонике и малое сопротивление для этой гармоники на входе преобразователя.

КПД системы ТП – Д

Для режима непрерывного тока электромагнитная мощность

Мощность, потребляемая из сети

Тогда

Анализ этого выражения показывает, что КПД системы ТП-Д зависит как от нагрузки двигателя, так и от скорости при регулировании. Сравнение приведенных на рис. 5.9.2 зависимостей h от w при номинальной нагрузке на валу двигателя показывает, что он выше, чем в системе ГД.

Основные достоинства системы ТП-Д:

1. Высокое быстродействие преобразователя, т.к. T_П≤0,1 с

2. Более высокий КПД по сравнению с системой ГД

3. Незначительная мощность управления

4. Большой срок службы

5. Малые габариты и вес преобразователя

6. Простота осуществления резервирования и взаимозаменяемости блоков и узлов ТП

7. Постоянная готовность к работе

8. Установленная мощность системы при использовании нереверсивного преобразователя оставляет ~ 2 P_двиг, т.е. меньше, чем в системе ГД.

Недостатки системы ТП-Д:

1. Значительное искажение кривой тока, потребляемого преобразователем из сети

2. Уменьшение коэффициента мощности преобразователя при уменьшении скорости. Этот недостаток становится особенно заметным и важным при больших мощностях электропривода.

3. Неминуемые при регулировании угла a колебания реактивной мощности, приводящие к колебаниям напряжения в питающей сети, так же особенно заметные при большой мощности электропривода.