Анализ структур звена постоянного тока и разработка выпрямителя для агрегатов бесперебойного питания

4.10. Выводы.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

I. Трехфазная мостовая схема выпрямления с фазоступенчатым регулированием выходного напряжения имеет более высокий коэффициент мощности, чем обычная мостовая схема. Увеличение коэффициента мощности достигается в основном за счет уменьшения потребляемой из сети переменного тока реактивной мощности, а также на большем участке диапазона регулирования за счет меньшей мощности искажения. При изменении предельной глубины регулирования выпрямителя от 0,1 до 0,7 выигрыш в коэффициенте мощности по сравнению с обычной мостовой схемой получается соответственно в 3,5 — 1,4 раза.

2. Амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения в зарегулированном режиме в 2,7 раза ниже, чем в обычной мостовой схеме. Спектр потребляемого из сети тока более благоприятный, чем у обычного мостового выпрямителя, в результате чего уменьшаются искажения сетевого напряжения при работе выпрямителя.

3. Выпрямитель имеет более жесткую внешнюю характеристику по сравнению с обычной мостовой схемой.

4. Влияние несимметрии управляющих импульсов системы управления тиристорами на входные и выходные параметры выпрямителя значительно меньше, чем в обычной мостовой схеме.

5. Применение поочередного регулирования тиристорными группами в выпрямителе с фазоступенчатым регулированием выходного напряжения нецелесообразно, так как не дает существенного увеличения коэффициента мощности выпрямителя по сравнению с одновременным регулированием. Но при этом увеличивается мощность искажения, в потребляемом из сети токе появляются чётные гармоники, в два раза уменьшается частота основной гармоники выпрямленного напряжения и увеличивается ее амплитуда, во вторичных обмотках трансформатора появляется постоянная составляющая тока, подмагничивающая сердечник трансформатора.

6. Применение данного выпрямителя в АЕП с буферным включением аккумуляторной батареи позволит повысить коэффициент мощности звена постоянного тока от 0,45 — 0,65 до 0,8 и выше.

5. МЕТОДИКА. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ТРЕБУЕМЫХ УСТАНОВЛЕННЫХ МОЩНОСТЕЙ ПИТАЩЕГО И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗВЕНА ПОСТОЯННОГО ТОМ АЕП.

5.1. Исходные данные.

— номинальное и предельные значения напряжения источников ПереМеННОГО ТОКа (Uchom, Ucmuh И Ucмахе);

— максимальная продолжительность перерыва питания по цепи переменного тока (iP);

— мощность нагрузки звена постоянного тока (А/);

— кратность возможных токовых перегрузок звена постоянного тока (Ml);

— минимальное выходное напряжение звена постоянного тока UcImuh).

5.2. Определение требуемой номинальной емкости аккумуляторной батареи.

По заданному значению UcImuh определяется число аккумуляторов в батарее UcImuh UeL. pK где Uар к — наименьшее допускаемое напряжение единичного аккумулятора в конце разряда. Для аккумуляторов типа С, СК, СН Ua/>k = 1,8 В, При tp ^ 3 4. И Ца. рк = 1,75 В при tp ^ 3 ч. Найденная величина ft округляется до целого числа, после чего уточняется величина минимального напряжения звена постоянного тока.

Рис. 5.1.Зависимости K-L и ы^ от режима разряда аккумуляторов.

Если за время tP вероятность возникновения перегрузки батареи мала (это допущение долено подкрепляться расчетами надежности системы), требуемая номинальная емкость батареи определяется так.

По заданным значениям Р</ и t Р определяется величина разрядной емкости аккумуляторов т J ~^Pci ip Qp — № ~ иРн v Up*J где Ip — разрядный ток;

UpH — напряжение аккумуляторной батареи в начале разряда.

Uph = n-UapH" Для аккумуляторов С, СК, СН UapH = 2 В. Определяется требуемая величина номинальной емкости аккумуляторов в батарее п — Q = 2Pd-tp.

Uhom ~ (UpH +(Jpm) Hq ' где №gs ~~ находится из графика рис. 5.1 по заданному времени tp • При tP 51Ю ч. А^ =1.

Если возможностью возникновения перегрузки батареи за время tp пренебречь нельзя, требуемая номинальная емкость аккумуляторов определяется по формуле.

Qp 2Р</ tp.

Ыиом и ~~.

М? (Up* + Up") k>Q где f’p — допустимая продолжительность разряда батареи током 1р при заданной кратности тока перегрузки. Величина t’p находится из графика рис. 5.1 по кривой 2. Величина Hq определяется из этого же графика по кривой I при найденном значении t’p .

Примечание. При данной методике определения номинальной емкости аккумуляторной батареи снижение напряжения батареи во время перегрузки может достигать 25% от напряжения предшествующего перегрузке.

5.3. Определение требуемой установленной мощности выпрямителя в АЕП с буферным включением аккумуляторной батареи.

Определяется требуемая величина зарядного тока аккумуляторной батареи. Если весь цикл заряда аккумуляторов ведется стабилизированным током (одноступенчатый заряд), величина требуемого зарядного тока определяется так т Qp.

13 = Т7~ * Оном.

Со Ъ3 где п — отдача аккумуляторов по емкости. Для кислотных ак-ч? кумуляторов о =0,85−0,9. Q tb — требуемое время заряда аккумуляторов. Если используется двухступенчатый заряд (со стабилизацией тока на первой ступени с последующим переходом на стабилизацию зарядного напряжения), величину требуемого зарядного тока первой ступени ориентировочно можно определить так.

3 — 0>8−7ГТ ^ о*2*®-«0».

Определяется максимальная величина тока, потребляемого от выпрямителя в начале заряда.

1о!зн =/з * где i/зи = п — L/язн — напряжение аккумуляторной батареи в начале заряда. Для аккумуляторов С, СК, СН i/лзн = 2,05 В. Определяется максимальная величина тока, потребляемая в конце заряда.

Uk = 1Ъ * ^ где Uза = пЦазм ~ напряжение аккумуляторной батареи в конце заряда. При одноступенчатом заряде кислотных аккумуляторов i/азн = 2,5 — 2,8 Впри двухступенчатомUam — 2,3 — 2,35 В.

Определяется установленная мощность выпрямителя.

Р*т — U" (S + AX* (5л).

Здесь: А — коэффициент наклона внешних характеристик выпрямителя (определяется схемой выпрямления). Дяя условно-шестифазных схем выпрямления, А = 0,5- приведенное ко вторичной обмотке относительное индуктивное сопротивление трансформатора, питающей линии и источника. При питании от сети бесконечно большой мощности Хк «0,05−0,08. При питании от синхронного генератора соизмеримой мощности Х» ~ 0,15−0,35.

5.4. Определение требуемой установленной мощности выпрямительного оборудования в АБП с отсеченной аккумуляторной батареей.

Требуемая установленная мощность главного выпрямителя.

WVf'^JWfe- (5.2).

Требуемая установленная мощность зарядного выпрямителя.

Ps vct ~.

Uc моте.

Uс мин (5.3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Теоретические и экспериментальные исследования, результаты которых отражены в диссертационной работе, позволяют сделать следущие выводы:

1. Найден методологический подход к сопоставительному нализу вариантов звена постоянного тока АЕП, заключающийся в том, что по заданным предельным отклонениям напряжения источников переменного тока и аккумуляторной батареи определяется требуемая глубина регулирования выпрямителя EJ*, а через параметр £е/* по заданной выходной мощности АШ и выбранному режиму заряда аккумуляторов определяются величины требуемых установленных мощностей питающего и преобразовательного оборудования звена постоянного тока и его энергетические показатели.

2. Определены граничные условия работы оборудования АЕП в части предельных значений напряжений источников питания и их внутреннего сопротивления.

3. Определены наиболее перспективные типы аккумуляторов для АБП. Разработаны рекомендации, направленные на обеспечение нормальных условий их эксплуатации в составе АБП.

4. Разработана методика, позволяющая по заданным значениям времени заряда и разряда аккумуляторов, кратности возможных токовых перегрузок и предельного разрядного напряжения, оценить требуемую электрическую емкость аккумуляторов и параметры зарядного режима.

5. Разработана методика, позволяющая по заданным предельным значениям напряжений источников переменного тока, параметрам зарядного режима и выходной мощности АБП оценить требуемые установленные мощности источников переменного тока, выпрямительного оборудования и энергетические показатели звена постоянного тока.

6. Предложен вариант звена постоянного тока АБП с отсеченной аккумуляторной батареей, позволяющий ограничить изменения выходного напряжения главного выпрямителя в области изменений напряжения аккумуляторной батареи. Предложенный вариант защищен авторским свидетельством.

7. Определены условия целесообразного использования вариантов звена постоянного тока АЕП с буферным включением аккумуляторной батареи и с отсеченной батареей.

8. Выведены математические зависимости, позволяющие вести инженерные расчеты трехфазного мостового выпрямителя с фазоступенчатым регулированием.

Результаты диссертационной работы практически использованы НИИ завода «Электровыпрямитель» при разработке серии агрегатов бесперебойного питания, выполняемой по постановлению ГК НИТ при Совете Министров СССР № 400 от 15.10.80 г., и целевой комплексной программе ОЦ 023, а также Райским заводом «Электропреобразователь» при разработке з арядн о выпрями тельного устройства ТДЕ-150/П0Т.

1.Правила устройства электроустановок.5-е изд.-М.:Атомиздат, 1977. -484 с.

2. Цукерман A.E.Зарубежные системы гарантированного электроснабжения особо ответственных потребителей.-Энергохозяйство за рубежей, 1975, № 2, с. 33−37 .

3. Агрегаты бесперебойного питания со статическими полупроводниковыми преобразователями. Аналитический обзор./Г.Г.Адамия, В. И. Гурова, Ф. И. Ковалев и др.-М.:Информэлектро, 1978.-76 с.

4. Материалы ХХУ1 съезда КПСС.-М.Политиздат, 1981.-223 с.

5. Материалы ХХУ съезда КПСС.-М.:Политиздат, 1976.-256 с.

6. Унифицированная серия статических преобразователей мощностью до 100 кВА для агрегатов бесперебойного питания./Ф.И.Ковалев, А. А. Поскробко, Г. А. Родосский и др.-Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1978, вып.4(99), с.19−23.

7. Тиристорные коммутационные устройства серии ТКЕ /ТЭЗ им. М. И. Калинина. -Таллин, 1980. -8 с.

8. Преобразователь типа ПТС-125У4./ТЭЗ им. М. И. Калинина.-Таллин, 1980.-6 с.

9. Агрегат бесперебойного питания типа АБП-Ю00./ТЭЗ им. М. И. Калинина. -Таллин, 1980. -10 с.

10. Каганов И. Л. Электронные и ионные преобразователи.Ч.З.-М.-Л.: Госэнергоиздат, 1956.-528 с.

11. Толстов Ю. Г. Автономные инверторы тока.-М.:Энергия, 1978.-208 с.

12. Глинтерник С. Р. Электромагнитные процессы и режимы мощных статических преобразователей.Л.:Наука, 1969.-308 с.

13. Стабилизированные автономные инверторы с синусоидальным выходным напряжением./Ф.И.Ковалев, Г. П. Мосткова, В. А. Чванов, А. И. Толкачев .-М.:Энергия, 1972.-152 с.

14. Раскин Л. Я. Стабилизированные автономные инверторы тока на тиристорах .М.:Энергия, 1970.-96 с.

15. Чванов В. А. Динамика автономных инверторов с прямий коммутацией. -М.:Энергия, 1978.-168 с.

16. Лабунцов В. А., Ривкин Г. А., Шевченко Г. И. Автономные тиристорные инверторы.-М.-Л.:Энергия, 1967.-160 с.

17. Булатов О. Г., 0лещук В. И. Автономные тиристорные инверторы с улучшенной формой выходного напряжения.-Кишенев:Штиинца, 1980. -ИЗ с.

18. С>удовые статические преобразователи./Ф.И.Ковалев, Г. П. Мосткова, А. Ф. Свиридов, В. Ф. Шукалов.-Л.:Судостроение, 1965.-244 с.

19. Розанов Ю. К. Основы силовой преобразовательной техники.-М.: Энергия, 1979.-392 с.

20. Полупроводниковые выпрямители. Под редакц.Ф. И. Ковалева и Г. П.Мо-t стковой.-М.:Энергия, 1978.-448 с.

21. Богрый B.C., РусскихА.А.Математическое моделирование вентильных преобразователей.-М.:Энергия, 1972.-184 с.

22. Расчет автономного инвертора с учетом реальных параметров схемы. /Ф. И. Ковалев, Г. П. Мосткова, В. А. Чванов, С. П. Бойков.-В кн. Расчеты режимов электрических цепей с нелинейными элементами.-М.: Наука, 1967, с.5−20.

23. Чванов В. А. Анализ способов возбуждения и регулирования автономных инверторов.-В кн.:Некоторые вопросы производства и применения средств силовой преобразовательной техники в народном хозяйстве.Ч.I.-М.:Информэлектро, 1970, с.68−90.

24. Адамия Г. Г, Картавых А. С. Выбор структурной схемы системы бесперебойного питания.-Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1981, вып.2(130), c. II-I4.

25. Адамия Г. Г. Типовые структурные схемы агрегатов бесперебойного питания.-Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1979, вып.6(113), с.19−21.

26. Оценка надежности электроснабжения ответственного потребителя, питаемого от АШ./Г.Г.Адамия, В.И.1Урова, А. С. Картавых, М.В.Чур-кина.-Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1979, вып.7(114), с.19−22.

27. Гук Ю. В., Казак Н. А., Мясников А. В. Теория и расчет надежности систем электроснабжения.-М.:Энергия, 1970.-176 с.

28. Могилевский Г. В., Гребенник В. И. Предельная коммутационная способность бесконтактных выключателей переменного тока.-Электротехника, 1974,№ 6,с.9−14.

29. Буфман С. С., Трофимов Н. А. Тиристорные переключатели переменного тока.-М.:Энергия, 1969.-64 с.

30. Забродин Ю. С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров .-М.:Энергия, 1974.-128 с.

31. Лабунцов В. А., Обухов С. Т., Смирнов В. П. Коммутационные процессы в тиристорных преобразователях с конденсаторной коммутацией. -Электротехника, 1968,№ 10,с.17−24.

32. Глух Е. М, Зеленов В. Е. Защита полупроводниковых преобразователей. -М.: Энергия, 1970. -152 с.

33. Мурасов Г. А., Дубровин Н. Ф. Моделирование процесса плавной передачи нагрузки в системе инвертор-сеть.-Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1974, вып.4(51), с.18−21.

34. Картавых А. С., Мурасов Г. А., Дубровин Н. Ф. Аварийная передача нагрузки в системе инвертор-сеть.-Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1976, вып.3(74), с.10−12.

35. Кисляков В. М., Трошкин В. М. Улучшение качества переходных процессов при скачке входного напряжения трехфазного параллельного инвертора тока.-Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1978, вып. I (96), с.7−8.

36. Статические преобразователи в системах электропитания постоянным током./В.А.Окунев, Ю. К. Розанов, А. М. Сухинин, А. И. Чибисов. -Электротехника, 1981,№ 8,с.61−63.

37. Ковалев Ф. И., Шишеев А. В. Методика расчета автономного инвертора тока с прямой коммутацией на основной частоте устойчивого к коротким замыканиям.-Электротехника, 1976,№ 6,с.9−11.

38. Лабунцов В. А., Обухов С. Г. Регулирование среднего и действующего значений напряжения преобразователя с высоким значением коэффициента мощности.-Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1971, вып.18,с.24−26.

39. Стиоп Я. И., Яров В. М. Повышение коэффициента мощности трехфазных мостовых схем выпрямления.-Электротехника, 1973,№ 9,с.20−22.

40. Маевский 0.А.Энергетическая эквивалентность и рациональность различных схем повышения коэффициента мощности глубокорегули-руемых вентильных преобразователей.-Вестник Харьковского политехнического ин-та, 1966, вып. I, с.14−16.

41. Жемеров Г. Г., Левитан И. И. Коэффициент мощности каскадных управляемых выпрямителей.-Электричество, 1971,№ 10,с.27−30.

42. Солянников A.M.Применение вольтодобавочного тиристорного преобразователя для регулирования напряжения выпрямительных установок .-Электротехника, 1976,№ 2,с.22−26.

43. Дкус Н. И., Саблин В. Д. Оптимальное по потреблению реактивной мощности управление каскадными выпрямителями.-Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1977, вып.5, с. Ю-И.

44. Ромашко В.Я.К определению характеристик регуляторов с вольто-добавкой.-Техническая электродинамика, 1981,№ 3,с.30−33.

45. Маевский 0.А.Энергетические показатели вентильных преобразователей. -М.: Энергия, 1978. -320 с.

46. Справочник по преобразовательной технике. Под редакц.И.М.Чи-женко.-К.:Техника, 1978.-447 с.

47. Мощные управляемые выпрямители для электроприводов постоянного тока./Э.М.Аптер, Г. Г. Жемеров, И. И. Левитан, А. Г. Элькин.-М.:Энергия, 1975.-208 с.

48. Рожанский Л. Л., Фиолетов А. А. Регулировочная характеристика и гармонический состав выходного напряжения выпрямителя с фазоступенчатым регулированием на стороне переменного тока.-Известия высших учебных заведений. Энергетика, 1974,№ 2,с.52−57.

49. Рожанский Л. Л., Фиолетов А. А. Энергетические характеристики выпрямителя с фазоступенчатым регулированием.-Известия высших учебных заведений. Энергетика, 1974,№ 9,с.48−58.

50. Ефремов И. С. Управляемый кремниевый преобразователь для подстанций городского электрического транспорта.-Электротехника, 1967,№ 5,с.12−15.

51. Иванчук Б. Н., Липман Р. А., Рувинов Б. Я. Тиристорные и магнитные стабилизаторы напряжения.-М.:Энергия, 1968.-112 с. .

52. Испытания выпрямительно-инверторных устройств для установок гарантированного питания./В.С.Богрый, Ю. Г. Демин, А. С. Картавых и•.др.-Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1975, вып. 8 (67), с.28−29.

53. Богрый B.C., Демин Ю. Г., Токарев В. И. Ступенчато-параллельное включение управляемых и неуправляемых вентилей в выпрямителях. Известия высших учебных заведений. Энергетика, 1977, № 10, с. 39−44.

54. Демин Ю. Г. Регулировочные характеристики трехфазного мостового выпрямителя с фазоступенчатым регулированием выходного напряжения. -Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1979, вып.9 (116), с.10−12.

55. Демин Ю. Г. Использование электрических аккумуляторов в агрегатах бесперебойного питания.-Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1982, вып.9 (146), с.17−18.

56. А. с. 855 862 (СССР) Способ бесперебойного электроснабжения потребителей переменным током / Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева-авт.Демин Ю.Г.-заявл.П.03.79, № 2 750 345/24−07-Опубл.в Б.И., 1981,№ 30.

57. Г0СТ21 128−75.Системы электроснабжения, сети, источники преобразователи и приемники электрической энергии номинального напряжения до 1000 В и допустимые отклонения.-Введен с 01.07.76.-4с.

58. ГОСТ 14 695–75.Подстанции трансформаторные комплектные мощностью от 25 до 2500 кВА на напряжения до 10 кВ. Общие технические условия. -Введен с 01.01.83.-15 с.

59. ГОСТ 13X09−67.Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии у её приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения.-Введен с 01.01.68.-7 с.

60. Качество электроэнергии и электромагнитная совместимость электрооборудования предприятий/ И. В. Жежеленко, Б. А. Константинов, А. И. Липский и др. Электричество, 1977,-№ 3, с.1−8.

61. Решение Третьего Всесоюзного научно-технического совещания по качеству электрической энергии: Инструктивные указания по проектированию электротехнических промустановок.- № 6, 1974.

62. Мукосеев Ю. Л. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергия, 1973.-584 с.

63. ГОСТ 21 671–76. Электроагрегаты и электростанции бензиновые: Общие технические условия. Введен с 01.01.78. — 41 с.

64. ГОСТ 13 822–76. Электро. агрегаты и электростанции дизельные мощностью до 200 кВт: Общие технические условия. Введен с 01.01.78. 25 с.

65. ГОСТ 21 670–76. Электроагрегаты и электростанции дизельные мощностью от 315 до 5000 кВт: Общие технические условия. Введен с 01.01.78. 25*с.

66. Брускин Д. Э., Зорохович А. Е., Хвостов B.C. Электрические машины. Ч. 2. М.: Высшая школа, 1979. 304 с.

67. Вольдек А. И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978. -832 с.

68. ГОСТ 10 032–69. Агрегаты дизельные стационарные, передвижные, судовые вспомогательные: Технические требования к автоматизации. Введен с 01.01.82. 6с.

69. ГОСТ 825–73. Аккумуляторы свинцовые стационарные с электродами большой поверхности. Введен с 01.01.75. — 30 с.

70. ТУ 16.529.977−75 Аккумуляторы свинцовые намазные. Введен с 14.10.76.

71. ГОСТ 9240–80. Аккумуляторы и батареи аккумуляторные щелочные никель-кадмиевые и никель-железные с ламельными электродамив стальных сосудах. Технические условия. Введен с 01.01.81. — 20 с.

72. ГОСТ 19 484–80. Аккумуляторы и батареи аккумуляторные щелочные с ламельными электродами тяговые. Технические условия. Введен с 01.01.83. — 30 с.

73. Пионтковский Б. А. Эксплуатация электрических аккумуляторов на предприятиях электросвязи. М.: Связь, 1969. — 248 с.

74. Досоян М. А., Агуф И. А. Современная теория свинцового аккумулятора. Л.: Энергия, 1975. — 312 с.

75. Романов В. В., Хашев Ю. М. Химические источники тока. М.: Советское радио, 1978.-264.с.

76. Резник A.M., Баланевский А. А. Моделирование динамики разряда аккумуляторных батарей.- Электротехника, 1980, № 3,с. 53−55.

77. Досоян М. А. Химические источники тока. Справочное пособие. -Л.: Энергия, 1969. 587 с.

78. Руденко B.C., Сенько В. И., Чиженко И. М. Основы преобразовательной техники. М.: Высшая школа, 1980. 424 с.

79. Демин Ю. Г. Об одном способе регулирования угла включения тиристоров.- В сб. Силовая полупроводниковая техника.- М.:Ин-формстандартэлектро, 1967, вып. УП, с.43−48.

80. Писарев А. Л., Деткин Л. П. Управление тиристорными преобразователями (системы импульсно-фазового управления).-М.: Энергия, 1975. 264 с.