Устройство сварочного выпрямителя: устройство, прицип действия и назначение

Как устроен и работает сварочный выпрямитель?

Сварочный выпрямитель – аппарат, служащий для преобразования переменного тока, присутствующего в сети, в постоянный с использованием кремниевых или селеновых полупроводниковых диодов. Наиболее популярны селеновые диоды. В конструкцию преобразователя входят: устройства защиты и измерения, трансформатор, управляющий прибор. Все элементы расположены в одном блоке. Аппараты могут работать при повышенных и пониженных температурах, нестабильных характеристиках входного напряжения однофазной или трехфазной питающей сети.

Устройство и принцип работы сварочного выпрямителя

В конструкцию агрегата входят:

• трансформатор, преобразующий входное переменное напряжение в низковольтное переменное;
• диодный мост, трансформирующий переменное напряжение в постоянное пульсирующее;
• конденсаторный фильтр, обладающий большой мощностью, служит для преобразования пульсирующего тока в линейный постоянный;
• блок, регулирующий силу тока;
• дроссели, предназначенные для предотвращения запредельного роста сварочного тока.

Эта упрощенная схема может несколько видоизменяться или дополняться другими элементами, улучшающими технические характеристики сварочного выпрямителя.

Выпрямление тока может осуществляться по одной из схем:

• однофазное, применяется в аппаратах бытового применения;
• трехфазное, пульсации сглаживаются в обмотках – первичной и вторичной;
• шестифазное, позволяет организовать многопостовой пункт сварки.

Выходные характеристики регулируются следующими способами:

• трансформаторное регулирование с помощью изменения схемы подключения обмоток;
• с использованием дросселя и реостата;

тиристорное или транзисторное регулирование.

Виды сварочных выпрямителей

Выпускаемые виды выпрямителей:

• Однопостовой. Предназначается для ручной дуговой сварки плавящимися покрытыми электродами. Могут применяться штучные электроды с рутиловым, целлюлозным, основным покрытием. Присутствие клинового шунта позволяет быстро менять режим работы. Агрегаты могут использоваться для сварки ответственных изделий и создания конструкций, запланированных для работы под высокими нагрузками.
• Универсальный многопостовой. Питается от трехфазной сети переменного тока. Каждый вывод оснащен собственным блоком управления, в который входят реостат и дроссель. Выдерживает знакопеременные нагрузки, формирует надежную устойчивую дугу, способен работать без перерыва в течение длительного времени. Многопостовые сварочные выпрямители используются для осуществления масштабных интенсивных работ по ручной или полуавтоматической сварке. Устанавливаются в производственных цехах и на строительных площадках.

Особенности применения сварочных выпрямителей

Эти агрегаты применяются для проведения дуговой сварки низкоуглеродистых нелегированных сталей, коррозионностойких марок, цветных металлов и сплавов на их основе. Используются также при необходимости сварки обратной полярности.

Обеспечивают глубокий провар и снижение разбрызгивания металла. К минусам агрегатов относятся – восприимчивость к длительным коротким замыканиям и скачкам сетевого напряжения.

Преимущества сварочных выпрямителей:

• экономичность;
• высокий КПД;
• надежность;
• простота управления.

Для продления срока службы аппаратов необходимы – проведение плановых осмотров, своевременная чистка и замена изношенных деталей, использование в условиях нормальной влажности.

Виды сварочных выпрямителей: преимущества и особенности эксплуатации

Среди всего ассортимента сварочных аппаратов к особой категории относятся устройства, способные не только увеличивать силу тока, но и выравнивать до постоянного значения переменную частоту подаваемого напряжения. Что это дает? За счет таких агрегатов значительно повышается качество сварочных швов и удается достигать минимального разбрызгивания металла. Называются аппараты сварочными выпрямителями.

Классификация сварочных выпрямителей

Еще один тип классификации выпрямителей – количество фаз питания. По этому параметру все агрегаты подразделяются:

• на однофазные;
• многофазные.

Выпускаются сварочные выпрямители в обширном разнообразии моделей, каждая из которых рассчитана на выполнение конкретного спектра работ. Один из основных принципов классификации аппаратов базируется на том, каким из способов в них происходит регулировка сварочного тока. Она может осуществляться:

• трансформатором;
• тиристорами;
• дросселем насыщения.

Еще один тип классификации выпрямителей – количество фаз питания. По этому параметру все агрегаты подразделяются:

• на однофазные;
• многофазные.

Применение однофазных моделей актуально для цепей управления, где потребляемая мощность небольшая. Многофазные же выпрямители в основном имеют промышленное
применение.

Различаются выпрямители и по количеству постов (рабочих мест сварщика). Аппараты бывают одно и многопостовыми. Принцип работы первых особых вопросов не вызывает. Такой сварочный аппарат ВД предназначен для работы с одним постом в полностью независимом режиме.

Многопостовые же модели, способные обеспечивать качественную сварку сразу на нескольких участках, имеют отличия в своей конструкции. В подобных выпрямителях для каждого поста поддерживается неизменное напряжение холостого хода. За счет чего все участки функционируют независимо, и влияние их рабочих параметров друг на друга полностью исключается.

Специфика выбора надежного сварочного выпрямителя

При выборе сварочного выпрямителя наиболее важными для покупателей выступает сразу несколько характеристик. Среди которых:

• материал для сварки;
• условия работы;
• имеющиеся денежные средства.

В бытовом и профессиональном секторе наиболее оптимальным решением становятся однопостовые сварочные выпрямители.

При своей достаточно приемлемой стоимости они обладают целым спектром очевидных преимуществ. Аппараты позволяют получать качественные сварные соединения в любых условиях, неприхотливы и дешевы в обслуживании. Они способны работать с наиболее распространенными видами сырья: углеродистые и низколегированные стали. Агрегаты легко обеспечивают постоянный ток в течение продолжительного периода времени для выполнения широкого спектра сварочных операций, включая наплавку и резку.

Главные преимущества однопостовых выпрямителей ВД

Сварка металлов и их конструкций при постоянном токе отличается наиболее высоким качеством, надежностью. Поэтому логичным выглядит стабильный рыночный спрос на выпрямители ВД. Именно однопостовые модели способны гарантировать отличное качество сварочных операций при минимальных затратах на закупку, а также последующее обслуживание аппаратов.

В трехфазном исполнении однопостовые модели подходят для выполнения обширного спектра сварочных операций в режиме любого уровня интенсивности. Электродами 5 мм работа вообще может проводиться без временных ограничений.

Для самих же однопостовых моделей характерно легкое возбуждение, горение сварочной дуги на максимально стабильном уровне. Эти показатели позволяют получать надежное соединение металлических деталей в любых пространственных положениях, создавать конструкции самой сложной конфигурации и объема. Использовать для этого спектра работы выпрямители позволяют электроды, как с основным, так и антикоррозийным покрытием. Расходуются они с предельным уровнем экономичности, соизмеримым с затратами электроэнергии в процессе работы оборудования от сети.

что представляет собой и к каким устройствам относится

На чтение 5 мин. Просмотров 2.5k. Опубликовано 25.

10.2018 Обновлено 28.07.2019

Сварочный выпрямитель представляет собой специальный агрегат, преобразующий электрический ток от сети в рабочее напряжение высокого уровня для проведения сварных работ высокого качества.

Использование такого оборудования облегчает работу сварщика, так как позволяет выполнять более качественные и долговечные соединения металлических поверхностей при экономии расходного материала. Рассмотрим, как устроен и работает выпрямитель для .

Назначение выпрямителя

Сварка представляет собой соединение двух металлических деталей путем замыкания дуги между соединяемой поверхностью и концом плавящегося электрода сварочного выпрямителя.

Два кабеля подсоединяются к выходящим клеммам устройства: первый фиксируется на свариваемой детали из металла, на конце второго размещается держатель или горелка.

Сварочный выпрямитель.

Полярность, а также режим осуществления сварной операции определяется конкретным полюсом крепления к свариваемым металлическим частям конструкции.

Выпрямитель для сварки имеет довольно простую конструкцию. Он состоит из нескольких блоков, которые обеспечивают сварщику стабильный рабочий процесс. В итоге, на выходе можно получить постоянный ток такой силы, которая необходима для проведения сварки деталей из стали, цветных металлов.

[box type=”info”]На заметку! Такое оборудование также позволяет сварщику выполнить сварные работы обратной полярности на конструкциях из тонколистовой, нержавеющей, легированной и высокоуглеродистой стали, которые чрезмерно чувствительны к перегреву.[/box]

Выпрямители относятся к более совершенным агрегатам для работы с металлическими конструкциями в сравнении с обычными трансформаторами, поскольку обладают рядом преимуществ:

• обеспечивают постоянное горение дуги, что продлевает рабочее ;
• при их эксплуатации сводится к минимуму количество брызг расплавленного присадочного и основного металла;
• позволяют достигнуть ровной поверхности шва с микроскопическим чешуйчатым рисунком;
• повышают свариваемость цветных и легированных металлов, что существенным образом улучшает качество выполненных соединений;
• предоставляют сварщику возможность сэкономить расходные материалы при выполнении сварных работ, что снижает себестоимость готового изделия.

Как устроен сварочный выпрямитель, и по какому принципу функционирует?

Сварочный выпрямитель сконструирован из нескольких блоков, внутри которых происходит понижение, преобразование входящего напряжения при одновременном увеличении величины А. Устройство сварочного выпрямителя позволяет понять основные принципы его функционирования.

Конструкция агрегата состоит из следующих элементов:

• трехфазный трансформатор, понижающий входящее напряжение;
• диоды, пропускающие ток в одном направлении, в отличие от проводников электрического тока, способных одинаково хорошо проводить ток в оба направления;
• радиаторы и вентилятор для охлаждения конструкции;
• амперметр;
• вольтметр;
• регуляторы тока.

Поскольку диоды в процессе функционирования агрегата нагреваются, то им требуется качественная система охлаждения. По этой причине рядом с ними расположены модули охлаждения, обеспечивающие конструкции постоянный обдув холодным воздухом.

Это устраняет риск перегрева диодов, повышает время работы выпрямителя и устраняет необходимость перерывов в его работе.

Измерительные приборы в системе позволяют контролировать характеристики тока, а сигнализатор температуры сообщит о перегреве. Выставить актуальную в работе силу тока можно с помощью специальных регуляторов. Если же показатели V превышаются, сработает защитный блок, и сварка остановится.

Такие агрегаты могут обладать разными характеристиками, и предназначены для заготовок из стали и сплавов цветных металлов. Но все виды подобного оборудования функционируют по единому принципу.

Схема устройства выпрямителя с трансформатором с увеличенным рассеянием.

Схема сварочного выпрямителя выглядит так:

• перемененный или сетевой ток подается на первичную обмотку понижающего трансформатора, что приводит к понижению его стандартной величины;
• поток напряжения с уменьшенным значением V и возросшей силой тока А возникает на вторичной обмотке за счет электромагнитной индукции;
• напряжение поступает на кремневые элементы-диоды, обеспечивающие прохождение тока в одном направлении и его стабилизацию;
• колебание частоты тока устраняется, после чего постоянное напряжение подается в зону соединения деталей.

Любой аппарат для сварки постоянного тока функционирует по подобной схеме, обеспечивая сварщика широкими возможностями в работе.

Ведь выпрямители для сварочных работ позволяют и резку устойчивой дугой с получением швов более высокого качества на различных металлических конструкциях за счет преобразования тока от трансформатора в постоянное напряжение внутри агрегата.

При работе расходные материалы не разбрызгиваются, поэтому происходит их существенная экономия.

[box type=”warning”]Важно! Напряжение при работе сварных выпрямителей на холостом ходу не должно превышать уровень в 48V.[/box]

Обслуживание и ремонт

Сварочные выпрямители отличаются высоким качеством и длительное время работают без поломок, если своевременно осуществлять обслуживание и ремонт агрегатов:

• проводите проверку всех токопроводящих частей на предмет сохранности изоляции и надежности крепления клемм;
• удаляйте пыль с внутренних элементов конструкции;
• перед включением сварного аппарат проверяйте его заземление;
• периодически смазывайте винт регулировки хода вторичной обмотки;
• не допускайте работу с выпрямителем без применения защитного кожуха.

[box type=”warning”]Наиболее часто встречаемые поломки сварных выпрямителей – перегрев конструкции и чрезмерный гул при работе аппарата.[/box] Принципиальная схема сварочного выпрямителя.

При наличии подобных проблем, важно проверить следующие элементы аппарата:

• крыльчатку вентилятора на предмет несоответствия актуальной величине: если такой факт установлен, деталь потребуется заменить;
• вал вентилятора охлаждения на предмет заклинивания;
• первичную обмотку трансформатора, если произошло замыкание;
• герметичность изоляции листов сердечника, его шпилек.

Часто можно столкнуться с иной распространенной поломкой сварочного выпрямителя, которая требует незамедлительного проведения ремонтных работ. Напряжение тока на выходе понижается в связи с замыканием, обрывом во вторичной обмотке.

Если выключение магнитного пускателя осуществляется практически сразу после его включения, причину проблемы стоит искать в диоде. Также подобную поломку может спровоцировать замыкание тока на кожух оборудования.

Заключение

Сварочные выпрямители выделяются на фоне иного оборудования, применяемого с целью выполнения . Они способны повысить силу тока до необходимого для плавления кромок металлов значения и преобразовывать переменную частоту напряжения до постоянного значения.

В итоге, швы лучше шлифуются, поэтому получаются гораздо более качественными.

Устройство сварочного выпрямителя — Сведения о сварке

Устройство сварочного выпрямителя

Категория:

Сведения о сварке

Устройство сварочного выпрямителя

Свойство некоторых материалов пропускать электрический ток в одном направлении используется в сварочной технике для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Материалами выпрямительного элемента (вентиля) служат селен и-кремний. Сварочные выпрямители выполняются в подавляющем большинстве случаев по трехфазной схеме,, преимущества которой заключаются в большом числе пульсаций напряжения и более равномерной загрузке трехфазной сети.

Одним из весьма распространенных является сварочный выпрямитель ВСС-300-3. Он состоит из понижающего трехфазного трансформатора с подвижной обмоткой, блока селеновых вентилей и устройства, регулирующего сварочный ток. Трансформатор Быпря-мителя имеет два диапазона регулирования сварочного тока: диапазон малых токов при включении обмоток трансформатора звездой и диапазон больших токов — при включении треугольником. Первичная обмотка сварочного трансформатора выпрямителя ВСС-300-3 — подвижная, катушки вторичной обмотки закреплены в верхней части сердечника. Сварочный выпрямитель имеет три панели с клеммами для присоединения к ним электрических проводов. Две из них предназначены для подключения проводов сети и сварочных проводов, третья — для переключения диапазонов сварочного тока.

Рис. 1. Трехфазная схема выпрямления переменного тока: а —схема включения, б — выпрямленный ток внешней цепи; 1. 2, 3, 4, 5, 6 — полупроводниковые вентили (диоды)

Сварка пульсирующим постоянным током может производиться на прямой и обратной полярности. При прямой полярности изделие подсоединяется к клемме (+) выпрямителя, а электрод — к клемме (—), при обратной полярности — наоборот.

Реклама:

Читать далее:

Устройство сварочного преобразователя

Статьи по теме:

Выпрямитель сварочный и его устройство

Трудно представить строительную отрасль или машиностроение без использования сварки. Он делится на два типа: на постоянный и переменный ток.

Использование постоянного тока обеспечивает более качественный сварной шов. Объясняется это отсутствием нулевых значений тока, а значит горение дуги становится более стабильным, уменьшается разбрызгивание от горящего электрода, проплавление металла оказывается более глубоким, прочностные характеристики улучшают сварной шов.

Кроме того, с такими материалами, как чугун, высоколегированные стали, медно-никелевые сплавы, титан, можно использовать только сварку постоянным током.

Для преобразования переменного тока с частотой 50 Гц в постоянный используйте сварочный выпрямитель. В трансформаторе используются полупроводниковые вентили и специальные устройства управления. Существуют разные виды таких изделий. Каждый из них имеет в своей конструкции выпрямительный блок, пусковой блок для защитно-измерительной аппаратуры и силовой трансформатор.

Сварочный выпрямитель, применяемый для ручной дуговой сварки, когда происходит плавление электродов, и импульсной дуговой сварки, при которой импульс способствует отделению капли металла от проволочного электрода.

Для удобства механической сварки используется специальный сварочный выпрямитель трансформаторного типа WD, имеющий дистанционный переключатель режимов. Для таких преобразователей характерны основные технические решения:

• в одном диапазоне, регулирование тока для сварки плавное;
• Шунт магнитный клиновидный подвижный, горизонтальный, обеспечивает механическую регулировку сварного шва, имеет простую конструкцию;
• обмотки трансформатора медные;
• движущихся обмоток нет;
• охлаждение на воздухе;
• розжиг легкий, дуга горит устойчиво;
• класс изоляции — H;
• токовые разъемы безопасны и быстро открываются;
• Сварочный выпрямитель данного типа в монтажных условиях легко перемещать.

Иногда дома возникает необходимость выполнить сварочные работы. В этой ситуации есть два варианта — купить готовый прибор или самостоятельно изготовить сварочный выпрямитель своими руками.

Основным элементом самодельного выпрямителя является трансформатор, предназначенный для преобразования переменного напряжения в сети и обеспечения необходимого значения и качества сварочного тока. Возможно его подключение к сети с напряжением 220 В, а на выходе он должен обеспечивать 40-70 В.

К клеммам трансформатора необходимо припаять сетевой провод диаметром примерно 2,5 квадратных миллиметра и длиной около 5 метров, для удобного перемещения сварочного аппарата. Провод лучше использовать в двойной изоляции.

Следующий этап — подготовка кабелей к сварке. Для этого лучше использовать мягкие провода с резиновой изоляцией, длиной не менее двух метров. На конец одного кабеля прикрепляем прищепку «массу» (иногда можно использовать автомобильную «прикуриватель»), на другой кабель — электрододержатель.

Теперь нужно собрать сварочный выпрямитель. От этого зависит, насколько прибор будет удобен в эксплуатации. При работе он будет нагреваться, а значит, корпус необходимо сделать с вентиляционными отверстиями. Для удобства транспортировки на кузове прикрепляем ручки и устанавливаем колеса. Возможна установка дополнительных элементов для прокладки проводов и кабелей в виде крючков, шайб, уголков.

p >>

Сварочные машины и оборудование

Сварочные машины и оборудование Меню

• Оборудование
  • Сварщики
  • Механизмы подачи проволоки
  • Сварочный интеллект
  • Автоматизация
  • Плазменные резаки
  • Газовое оборудование
  • Газовый контроль
  • Индукционный нагрев
  • Удаление дыма
  • Тренировочное оборудование
• Технологии
  • Легкость использования
  • Продуктивность
  • Оптимизация и производительность
• Безопасность
  • Голова и лицо
  • Рука и тело
  • Сварочный дым
  • Перегрев
• Аксессуары
  • Аксессуары
• Расходные материалы
• Отрасли
  • Отрасли
  • Приложения
• Ресурсы
• Поддержка
• Около

• Ресурсы
  • Руководства по сварке
  • Сварочное образование и обучение
  • Учебные материалы
  • Меры предосторожности
  • Калькуляторы сварных швов
  • Часто задаваемые вопросы
  • Галерея проектов
  • Библиотека статей
  • Видео библиотека
  • Информационные бюллетени
  • Форумы
  • Подкаст — Сварка труб
  • Связаться с нами
• Поддержка
  • Пункты обслуживания
  • Инструкции и запчасти
  • Гарантия
  • Производители двигателей
  • Настройка системы
  • Программного обеспечения
  • Свяжитесь с нами
  • Часто задаваемые вопросы
  • Регистрация продукта
  • Заказать литературу
• Около
  • Карьера
  • Наша компания
  • Связаться с нами
  • Клуб владельцев
  • Выпуски новостей
  • Сертификаты
  • Свяжитесь с нами

12-импульсный активный выпрямитель для других электрических самолетов

1.Введение

В современной авиастроительной промышленности стремительно развивается технология More Electric Aircraft. На рисунке 1 показана общая блок-схема распределения мощности MEA. Модель системы распределения электроэнергии состоит из блока выработки энергии, блока трансформаторного выпрямителя, блока преобразователя постоянного тока в постоянный и блока инвертора постоянного тока в переменный ток.

Рис. 1.

Система распределения электроэнергии MEA общего назначения.

Удовлетворительная работа MEA в очень большой степени зависит от постоянной надежности электрических систем и подсистем.Эта технология имеет множество преимуществ и преимуществ, таких как:

1. Снижение затрат на обслуживание и эксплуатацию.

2. Повышение надежности диспетчеризации.

3. Снижение выбросов газов.

В MEA сегмент силовой электроники играет очень важную роль в управлении энергией и улучшении преобразования энергии как генераторами, так и исполнительными механизмами. Кроме того, в системе с фиксированной частотой (400 Гц) между двигателем и генератором самолета устанавливается механический привод с постоянной скоростью, однако это создает дополнительный вес и требует частого обслуживания.

Использование силовой электроники помогает снизить вес, проще в обслуживании и обеспечивает большую управляемость и интеллект, включая обнаружение неисправностей и диагностику [1, 2, 3, 4, 5, 6].

Обычный 12-пульсный выпрямитель, использующий диодный мост, является одним из простейших преобразователей, поскольку не требует какого-либо контура управления, однако этот тип преобразователя имеет фиксированный выход постоянного тока с высоким полным гармоническим искажением (THD) на входном токе по сравнению с преобразователем. предложен 12-пульсный активный выпрямитель.

Система имеет возможность стабилизировать выходное напряжение переменного _{постоянного тока} от трехфазной системы 360–800 Гц, 115 В RMS. Используя разделительный метод управления с прямой связью методом кадра DQ, можно управлять величиной и фазой входного тока, и, следовательно, можно также управлять передачей мощности, которая происходит между сторонами переменного и постоянного тока. Преобразователь может быть пригоден для использования с электрическим приводом (или другими) нагрузками самолета. Система может использоваться в качестве источника постоянного тока для нагрузок постоянного тока или для подачи постоянного тока на инвертор переменного тока для фиксированного источника питания 400 Гц.Конструкция этой системы создает значительные проблемы из-за характера диапазона нагрузок и колебаний частоты питания и требует многих функций, таких как:

1. Синусоидальное содержание и низкое содержание гармоник в токе питания.

2. Для минимизации требований к реактивной мощности необходимо обеспечить высокий коэффициент входной мощности.

3. Удельная мощность должна быть максимальной для минимальных размеров и веса [7, 8].

Как правило, использование электроэнергии на борту постоянно увеличивается в области систем связи, наблюдения и общих систем, таких как радары, системы охлаждения, шасси или приводы.Напряжение постоянного тока до 540 В [9] может потребоваться для распределения электроэнергии для питания определенных нагрузок.

2. Гармоники и коэффициенты мощности для различных выпрямителей

Нелинейные нагрузки, такие как выпрямители, могут вызвать гармоники в системах электроснабжения самолета, это приведет к увеличению потерь и может вызвать резонанс в некоторых цепях, что приведет к повышению напряжения. Для резистивной нагрузки ток гармоник пропорционален гармоникам напряжения. При емкостной нагрузке ток гармоник увеличивает нагрев конденсатора и может вызвать преждевременный выход из строя.

Для индуктивной нагрузки гармоники увеличивают потери в компонентах сердечника, а также потери ротора в асинхронном двигателе. Кроме того, ток гармоник может привести к перегреву трансформаторов, поэтому трансформаторы должны быть снижены при наличии гармоник.

Обычно выпрямители производят гармоники в следующем порядке [10, 11, 12, 13, 14]:

h = fhf1 = K.P ± 1E1

, где h = порядок гармоник; fh = частота гармонического тока; f1 = основная частота; P = количество импульсов выпрямителя; К = 1, 2, 3,….

Амплитуда гармонических токов, создаваемых выпрямителем, может быть рассчитана как:

Ih = I1hE2

, где Ih = амплитуда гармонического порядка тока; I ₁ = амплитуда основной гармоники тока выпрямителя.

В энергосистемах переменного тока с чисто синусоидальными напряжениями и токами косинус разности фаз ( ϕ ) между напряжением и током представляет собой коэффициент мощности (PF = cos ϕ ). Если формы сигнала напряжения или тока содержат гармоники, фазовый угол между ними больше не представляет собой коэффициент мощности.В общем, коэффициент мощности можно рассчитать как [11].

PF = средняя мощность VrmsIrmsE3

Выпрямители потребляют несинусоидальный ток и имеют высокие гармонические составляющие, однако, если входное напряжение выпрямителя считается чисто синусоидальным, средняя мощность будет:

Pmean = VrmsI1rmscosϕ1E4

Следовательно:

PF = I1rmsIrmscosϕ1E5

Где I1rmsIrmsis определяется как коэффициент входных искажений; I1rms — среднеквадратичное значение тока основной гармоники; cos ϕ ₁ — это фазовый угол между напряжением и основным током (входной коэффициент смещения).

Увеличивается количество электронных устройств в технологии MEA, которые обычно питаются от импульсных источников питания (SMPS). SMPS будет правильно питаться от диодного выпрямителя, который налагает гармонические токи и, возможно, напряжения на сеть электроснабжения систем самолета. Это может вызвать повреждение кабелей и оборудования в электрической сети самолета. Форма волны тока питания может быть выражена рядом Фурье [11, 12, 13, 14]:

ist = IDC + ∑n = 1∞ancosnωt + bnsinnωtE6

Для трехфазного 6-импульсного диодного моста выходное напряжение постоянного тока и Входной ток RMS равен:

В = 33πVmE7

Вм — максимальное фазное напряжение.

IRMS = 63IDCE8

Предположим, что потери выпрямителя равны нулю, следовательно, мощность равна

Pout = Pin = VDCIDC = 33πVmIDCE9

Полная входная мощность выпрямителя:

Sin = 3VRMSIRMS = 3VmIDCE10 9:

PF = PinSin = 3π = 0,955E11

Хотя коэффициент мощности хороший, значение THD относительно высокое и может плохо сказаться на силовых системах самолета. Среднеквадратичное значение входного тока основной гармоники для трехфазного 6-импульсного диодного выпрямителя с индуктивной нагрузкой хорошо известно и равно:

I1RMS = 63IDCE12

THD = IRMS2 − I1RMS2I1RMS = π2-93 = 31.08% E13

THD можно уменьшить с помощью 12-пульсного выпрямителя, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2.

12-импульсный диодный выпрямитель.

12-импульсный диодный выпрямитель питается от трехфазного трансформатора, соединенного звездой на первичной стороне, трансформаторов звезды и треугольника на вторичной стороне. Каждый трансформатор на вторичной стороне питает трехфазный 6-пульсный выпрямитель, и они складываются, чтобы сформировать 12-пульсный выпрямитель, эта конфигурация дает сдвиг фазы 30 °, что дает подавление гармоник.Коэффициент трансформации дельта-трансформатора необходимо умножить на 3, чтобы получить такой же уровень напряжения, как показано на Рисунке 3 [14].

Рисунок 3.

Конфигурация звезда-треугольник.

В трехфазном 6-импульсном выпрямителе преобладающими гармониками являются 5-я и 7-я, и поэтому THD довольно высоки. При 12-импульсном расположении 5-я и 7-я гармоники подавляются, как показано ниже [11, 12, 13, 14]:

Для соединения звездой ток фазы (a) равен:

ia_start = 23πIdcosωt − 15cos5ωt + 17cos7ωt − 111cos11ωt + … E14

Для фазы соединения треугольником (a) ток равен:

ia_deltat = 23πIdcosωt + 15cos5ωt − 17cos7ωt + 111cos11ωt +… E15

Первичный ток равен сумме двух вторичных токов:

−ia_din + 113cos13ωt − 123cos23ωt +… E16

Серия имеет гармоники порядка 12k ± 1, а гармоники порядка 6k ± 1 циркулируют между двумя преобразовательными трансформаторами и не проникают в сеть энергосистемы самолета.Поскольку величина каждой гармоники пропорциональна обратной величине номера гармоники, 12-пульсный выпрямитель имеет более низкий THD, равный:

I1RMS = 263IDCE17

THD = IRMS12h3 − I1RMS12h3I1RMS12h = 2π2−93 = 15.5% E18 9.5% E18

THD для 12-пульсного выпрямителя снижен на 50% по сравнению с 6-пульсным выпрямителем.

На рис. 4 показаны кривые тока для входного тока источника питания фазы (а) и токов на вторичной стороне каждого трансформатора.

Рисунок 4.

Осциллограммы тока для фазы (a) при входной частоте 400 Гц.

На рисунке 5 показано содержание гармоник для токов фазы (a) и токов на вторичной стороне каждого трансформатора.

Рисунок 5.

Содержание гармоник для токов фазы (а) при входной частоте 400 Гц.

Для большего уменьшения THD можно использовать 12-пульсный активный выпрямитель, это показано на рисунке 6. Этот тип преобразователя дает множество преимуществ:

• Коэффициент мощности можно контролировать с помощью управления векторами DQ.

• THD очень низкий.

• Выпрямитель может работать с переменной входной частотой (обычно 360–800 Гц) без прерывания его выхода.

• Двунаправленный поток мощности.

Рисунок 6.

12-импульсный повышающий преобразователь постоянного / переменного тока.

3. Схема управления DQ

На рисунке 7 показана конфигурация активного выпрямителя для каждой вторичной стороны.

Рисунок 7.

6-пульсная конфигурация активного выпрямителя.

Преобразование DQ обычно называется преобразованием Парка, которое представляет собой пространственное векторное преобразование мгновенных трехфазных напряжений и токов из стационарной фазовой системы координат (ABC) во вращающуюся систему координат (DQ) [7, 8].

Общие формулы для преобразований DQ приведены ниже. Предположим, что трехфазные напряжения источника va , vb и vc сбалансированы и синусоидальны с угловой частотой ω .

Компоненты вектора входного напряжения по осям неподвижной ортогональной системы отсчета ( α , β ) определяются по формуле:

Vα = 23Va − 13Vb − 13VcE19

Vβ = 13Vc − 13VbE20

входное напряжение затем может быть преобразовано во вращающуюся систему отсчета DQ, выбранную с осью D, совмещенной с вектором напряжения.Составляющие напряжения определяются по формуле:

vd = Vαcosωt − VβsinωtE21

vq = Vαsinωt + VβcosωtE22

Те же преобразования применяются к фазным токам:

id = Iαcosωt − Iβω2α

β1 На рисунке 7 пусть v _{a 1} , v _{b 1} и v _{c 1} будут основными напряжениями на фазу на входе преобразователя.

va = Ria + L.dia / dt + va1E25

vb = Rib + L.dib / dt + vb1E26

vc = Ric + L.dic / dt + vc1E27

, где L — значение входа линейная индуктивность R и — это ее сопротивление индуктивности.

Принимая преобразование DQ для катушки индуктивности, входное напряжение преобразователя в системе отсчета DQ определяется как [15, 16, 17, 18, 19]:

vd = Rid + L.did / dt − ωLiq + vd1E28

vq = Riq + L.diq / dt + ωLid + vq1E29

Обратите внимание, что v _{d 1} и v _{q 1} являются компонентами DQ на клеммах преобразователя.

На рисунке 8 показаны векторные диаграммы для координат DQ.

Рис. 8. Векторные диаграммы

DQ.

Мгновенная активная и реактивная мощности определяются по формуле:

Pdt = 3 / 2vd.id + vqiqE30

Qdt = 3 / 2vd.iq + vqidE31

В установившемся режиме и при условии, что потери преобразователя незначительны, Следовательно, мощность постоянного и переменного тока равна:

Pd = PDC = VDC.IDCE32

Следовательно,

IDC = PdVDC = 3vd.id + vqiq2VDCE33

Для баланса мощности мощность передачи должна быть равна мощности поглощения, поэтому:

PAC + PDC + PC = 0E34

Где PC — мощность в конденсаторном фильтре.

Если синхронный кадр выровнен по напряжению, квадратурная составляющая vq = 0. Следовательно, уравнения мощности сводятся к:

Pd = 3 / 2vd.idE35

Qd = 3 / 2vd.iqE36

Eq . (32) становится:

IDC = PdVDC = 3vd.id2VDCE37

Это дает:

PAC + PDC + PC = 3 / 2vd.id + VDC.IDC + VDC.iC = 0E38

Следовательно, ток конденсатора становится:

iC = −3vd.id2VDC + IDCE39

Но:

iC = CdVDCdtE40

Из уравнений.(38) — (40):

dVDCdt = iCC = −1C − 3Vd.id2VDC + IDCE41

Из уравнения. (41) путем управления активным током id можно управлять выходным напряжением постоянного тока выпрямителя.

Затем необходимо применить обратное преобразование DQ для получения трех фаз модулирующих волн ( v _aref , v _bref и v _cref ) для генератора ШИМ. Векторное управление DQ имеет несколько преимуществ, например, реактивную и активную мощность можно легко контролировать, а динамический отклик токовой петли будет очень быстрым.

Генератор ШИМ использует несущую 20 кГц и основан на обычной стратегии асимметричной ШИМ. Линейный дроссель имеет значение 100 мкГн на фазу, что ограничивает полное гармоническое искажение (THD) до требуемого значения.

Рисунок 9.

Управление DQ для входного преобразователя.

На рисунке 9 показана схема управления DQ, реализованная во входном преобразователе.

Предлагаемая схема управления состоит из двух частей [13, 14, 15]:

1. Внешний регулятор напряжения.

2. Внутренний регулятор тока.

Внешний регулятор напряжения регулирует напряжение промежуточного контура. Сигнал ошибки используется в качестве входа для ПИ-регулятора напряжения, который обеспечивает опорный ток D внутреннего регулятора тока. На рисунке 10 показана модель звена постоянного тока, а на рисунке 11 — управление внешним напряжением с обратной связью.

Рисунок 10.

Модель промежуточного контура.

Рисунок 11.

Замкнутый контур управления внешним постоянным напряжением.PI TF: Kp + Ki 1 S = KP (S + a i S); преобразователь TF: 3 2 2 M; завод TF: 1 CS.

Взаимосвязь между напряжением постоянного тока и входным напряжением оси D определяется следующим образом:

В постоянного тока = 22VdMorM = 22VdVDCE42

IDC = 322MIdE43

Где: M — индекс модуляции.

Для ПИ-регулятора:

PITF = Kp + Ki1S = KPS + aiSE44

Где ai = KiKp

Для преобразователя система имеет следующий TF:

ConverterTF = IDCId = 322ME45

Для завода TF Линия постоянного тока может быть смоделирована конденсатором:

PlantTF = 1CSE46

Следовательно, характеристическое уравнение для регулирования напряжения промежуточного контура определяется следующим образом:

S2 + 3MKp22CS + 3MKpai22C = 0E47

Дается общее уравнение для характеристического уравнения второго порядка по:

S2 + 2ξωnS + ωn2 = 0E48

Следовательно, параметры регулятора задаются следующим образом:

Kp = 42Cξωn3ME49

ai = 22Cωn23MKpE50

, где ωn и коэффициент естественного демпфирования и ξ , поэтому параметры регулятора можно легко вычислить, выбрав значение индекса модуляции, ωn и ξ .

ПИ-регулятор внутреннего тока DQ связывает измерения фазного тока с вращающейся рамкой координат DQ, привязанной к напряжению питания. На рис. 12 показана модель входного каскада DQ, а на рис. 13 — управление внутренним током с обратной связью. Если фазные токи совпадают по фазе с напряжениями питания, ток, относящийся к прямой оси D, становится током промежуточного контура, а ток, относящийся к квадратурной оси Q, равен нулю. Преобразование координат выполняется с использованием информации о фазовом угле, полученной при измерении напряжения питания.Однако, если система необходима для работы с ведущим или отстающим коэффициентом мощности, добротность опорного значение оси может быть изменено, чтобы определить угол смещения выпрямителя. Токи оси D и оси Q сравниваются с их соответствующими значениями требований, и ошибка применяется к отдельным контроллерам PI, задающим требования напряжения, относящиеся к оси D и оси Q. Во вращающейся системе координат токи оси D и оси Q взаимосвязаны из-за их вращения. Вращение вводит ортогональную составляющую в производную по времени каждого тока, которая при приложении к индуктивной нагрузке дает составляющие напряжения вдоль оси, ортогональной оси тока.В исследуемой схеме DQ используются два члена прямой связи:

Рисунок 12.

Эквивалентная схема для входного питания DQ.

Рисунок 13.

Управление внутренним током с обратной связью. PI TF: Kp + Ki 1 S = KP (S + a i S); конвертер TF: 1 1 + TS; завод TF: 1 R + LS.

— ωLiq подается на запрос Vd .

— ωLid подается в запрос Vq .

Эти члены с прямой связью разделяют два тока.Кроме того, напряжение питания относится к оси D, и это добавляется к требованию Vd , чтобы интегратору не приходилось его компенсировать. Напряжения конечного потребления переводятся обратно в стационарные координаты, а полученные синусоиды используются для генерации ШИМ.

На рисунке 13 показано управление с обратной связью внутреннего управления током. К блоку управления применяются следующие передаточные функции.

Объект представляет собой линию от генератора до входа преобразователя, которая имеет сеть RL со следующим TF:

PlantTF = 1R + LSE51

Преобразователь может быть смоделирован как запаздывание первого порядка.= 11 + TS, где T = 12Fs

Fs — частота переключения. Эту же процедуру можно использовать для расчета параметров контроллера. Simulink или другие инструменты можно легко использовать для настройки ПИ-регулятора с помощью метода Зейглера-Николая.

4. Результаты моделирования для 12-импульсного активного выпрямителя

Для оптимизации качества электроэнергии и переходных характеристик системы распределения мощности будет разработана хорошо разработанная имитационная модель 12-импульсного активного выпрямителя, основанная на детальных моделях компонентов. быть необходимым.

При высоком напряжении два выпрямителя подключаются последовательно, а при повышенном потреблении тока выпрямители могут подключаться параллельно. Преобразователь был смоделирован для различных условий эксплуатации со следующими параметрами.

• Входная индуктивность для L = 100 мкГн, входное сопротивление 0,2 Ом. Для каждого преобразователя

• Фильтр постоянного тока C = 200 мкФ. Для каждого преобразователя

• Частота коммутации 20 кГц.Для каждого преобразователя

• Входная частота 360–800 Гц.

• Входное напряжение переменного тока = 115 В RMS.

• Активная нагрузка = 15 Ом.

• опорное напряжение постоянного тока для каждого преобразователя устанавливается на 320 В.

Результаты моделирования показывают, что по сравнению с обычным 12-импульсного диодного выпрямителя, гармоники низкого порядка полностью устранены, и только очень низкие гармоники вокруг переключения частота на частотах f = mfs где m = 1, 2,…, ∞

На рисунках 14-19 показаны различные результаты моделирования.

Рисунок 14.

Результаты осциллограмм для входной частоты 360 Гц.

Рис. 15.

THD для фазы а тока — входная частота 360 Гц.

Рисунок 16.

Сдвиг на 30 ° для дельта-тока и входного тока для фазы a — входная частота 360 Гц.

Рисунок 17.

Уровень постоянного напряжения для каждого преобразователя и общее постоянное напряжение.

Рисунок 18.

Результаты кривых для входной частоты 600 Гц.

Рисунок 19.

Результаты осциллограмм для входной частоты 800 Гц.

5. Выводы

С будущим использованием усовершенствованной силовой электроники 12-пульсный активный выпрямитель представляет собой выгодный подход в системе распределения энергии самолета. Любые низкочастотные гармоники тока могут быть устранены, и есть возможность управлять выпрямителем с переменным коэффициентом мощности, чтобы обеспечить преимущества системного уровня. Кроме того, было показано, что; есть возможность работать с системой с переменными входными частотами, сохраняя при этом низкие гармоники входного тока.

Благодарности

Я хотел бы выразить мою искреннюю признательность и уважение покойному премьер-министру Рафику Харири, который поддерживал мою учебу в Англии.