Способы диагностики, основанные на гармоническом анализе и визуальной оценке кривых фазных токов

Рис.2.1 Принципиальная схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку, с учетом угла коммутации и при угле управления α=0°. Прежде чем мы рассмотрим этот способ при аномальных режимах, разберемся, как с помощью графиков кривых выпрямленного напряжения и фазных токов можно определить полярность напряжений в требуемый момент времени. В начале исследования зададимся условными положительными направлениями фазных токов.

Uca Ucb Uab Uac Ubc

Положительные направления фазных токов совпадают с направлениями от точек а, b, c соответственно к точкам а`, b’, c’ (рис.2.1). Отрицательные – имеют противоположенные направления: от точек а`, b’, c’ к точкам a, b, c. В дальнейшем будем пользоваться этими условными направлениями фазных токов.

t1 t2 t3 t4 t5 t6 T5 T5 T5T6 T6 T5T2 T2 T1T2 T2 T1

Рис.2.2 Кривые напряжения сети (Uc.), выпрямленного напряжения (Ud) и фазных токов (Ia, Ib, Ic) трехфазного мостового управляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку, с учетом угла коммутации и при угле управления α=0°.

При рассмотрении рис.2.2 видно, что в промежутке времени t2-t3 ток фазы «b» равен нулю, а фазы «c» положителен и направлен от c к c’, ток фаза «a» отрицателен и направлен от a’ к a. При таких направлениях фазных токов, ток выпрямителя может протекать лишь при воздействии линейного напряжения Uca по цепи c – X_γ – c’ – T5 – RL – T6 – a’ – X_γ – a через тиристоры Т5 и Т6. Аналогично определяются и другие рабочие тиристоры и действующие линейные напряжения.

Рассмотрим так же процессы коммутации с учетом сопротивления Х_γ. На участке t4-t5 ток нагрузки проводят тиристоры Т5,Т2 по цепи c – X_γ – c’ – T5 – RL – T2 – b’ – X_γ – b. При t=t5 потенциал точки «а» становится положительным относительно точки «с». В этот же момент на пару тиристоров Т1, Т2 в соответствии с углом α=0^о подаются импульсы управления. В результате при открытых двух тиристорах Т2, Т5 открывается третий – Т1. Это приводит к образованию короткозамкнутого контура коммутация а – X_γ – а’ – T1 – T5 – с’ – X_γ – с с током, направленным встречно току тиристора Т5, вследствии чего его ток снижается до нуля при t=t6. Ввиду наличия в контуре сопротивления 2Хγ коммутация тока с тиристора Т5 на Т1 происходит не мгновенно, а в течение времени t=t6-t5 действия угла коммутации γ. На протяжении γ напряжение на нагрузке Ud составляет полусумму линейных напряжений, т.е. (Ucb + Uab)/2. В однофазных выпрямителях его значение равно нулю. Снижение выходного напряжения во время коммутации приводит к снижению его среднего значения. Оно будет равно:

Ud=Udo – (3Id*Xa)/π (2.1)

Теперь рассмотрим работу управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой при α_1-6=45^о и отказе одного плеча моста с тиристором Т3, схема которого приведена на рис.2.3.

Рис.2.3 Схема управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой при

α_1-6=35^о и отказе одного плеча моста с тиристором Т2.

Ниже, на рис.2.4, приведены графики кривых выпрямленного напряжения (Ud) фазных токов (Ia, Ib, Ic) и их гармонический состав трехфазного мостового управляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку, с учетом угла коммутации и при угле управления α=35° и отказе одного плеча моста с тиристором Т2.

А)

Б)

В)

г)

Д)

Рис.2.4 а) Кривые фазных токов и выпрямленного напряжения трехфазного мостового управляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку при α_1-6=35^о и отказе одного плеча моста с тиристором Т3; б),в),г),д) – их гармонический состав.

Способы диагностики, основанные на гармоническом анализе и визуальной оценке кривых фазных токов, так же является косвенным способом диагностики. Для его реализации на входе выпрямителя ставятся датчики тока (трансформаторы тока) с которых снимаются значения фазных токов a, b и с. Рассмотрим ток фазы «b», если ток течет от b’ к b и мы приняли это за условно отрицательное направление, то ток протекает через тиристор Т2 если же ток протекает от b к b’ он должен протекать через тиристор Т3. В данном примере (рис.2.4) отказал тиристор (не известно какой), мы видим что на кривой тока фазы «b» пропала отрицательная составляющая которая должна была протекать через тиристор Т2 отсюда следует что тиристор Т2 вышел из строя.

Далее, для примера, рассмотрим работу этой схемы, но при отказе одного плеча моста с тиристором Т2.

Рис.2.5 Схема управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой при

α_1-6=35^о и отказе одного плеча моста с тиристором Т3.

Ниже, на рис.2.6, приведены графики кривых выпрямленного напряжения (Ud) фазных токов (Ia, Ib, Ic) и их гармонический состав трехфазного мостового управляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку, с учетом угла коммутации и при угле управления α=35° и отказе одного плеча моста с тиристором Т3.

а)

Б)

в)

г)

Д)

Рис.2.6 а) Кривые фазных токов и выпрямленного напряжения трехфазного мостового управляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку при α_1-6=45^о и отказе одного плеча моста с тиристором Т2; б),в),г),д) – их гармонический состав.

Как и для Т3 аналогичный анализ мы проводим и для Т2.

Имея гармонический состав фазных токов и используя логические элементы, мы можем создать систему автоматического определения неисправности в управляемом выпрямителе. Способ диагностики, основанный на гармоническом анализе и визуальной оценке кривых фазных токов, дает нам полную оценку о работе выпрямителя вплоть до обнаружения неисправного тиристора.