Разработка ветроэнергетической установки (стр. 10 из 13)
Наиболее широко применяются сглаживающие фильтры, состоящие из индуктивности и емкости (типа LC) или из сопротивления и емкости (типа RC).
Все сглаживающие фильтры характеризуются коэффициентом сглаживания q, который можно представить как отношение амплитуды первой гармоники пульсации на входе фильтра U01~ к амплитуде первой гармоники пульсации на выходе первого звена U11~:
К сглаживающим фильтрам предъявляются также требования, связанные с конструктивным исполнением (масса, габариты, КПД и т. п.), а также эксплуатационными особенностями (стоимость, надежность). Индуктивный фильтр (L-фильтр) применяется для выпрямителей средней и большой мощности, так как позволяет обеспечить непрерывность тока в цепи нагрузки и благоприятный режим работы выпрямителя. Индуктивный фильтр (рис. 3.3) представляет собой реактор, включенный между схемой выпрямления и нагрузкой. Напряжение на выходе выпрямителя содержит постоянную составляющую Ud и переменную U~. Пренебрегая изменением этих составляющих от нагрузки, можно заменить ими полупроводниковую часть схемы выпрямителя, т. е. считать, что на входе фильтра включены два последовательно соединенных источника напряжения: с постоянной ЭДС Ud и переменной ЭДС U~. Постоянная ЭДС не оказывает влияния на пульсацию, а в качестве переменной ЭДС можно рассматривать только ЭДС основной гармоники пульсации U1m (первой гармоники переменной составляющей), так как они преимущественно определяют коэффициент пульсации.
Рисунок 3.3 – Схема выходного L-фильтра
Индуктивность сглаживающего дросселя может определятся как из условия обеспечения заданного коэффициента пульсаций в токе нагрузки, так и из условия обеспечения заданной ширины зоны прерывистых токов. При проектировании выпрямителя необходимо проверить оба условия и выбрать большее значение индуктивности Ld. [14]
Поскольку амплитуда первой гармоники пульсаций выходного напряжения выпрямителя зависит от угла регулирования, необходимо определить максимальное значение этого угла:
(3.25) 
где U2 min – минимальное выпрямленное напряжение;
αmax – максимальный угол регулирования.
Максимальное значение выпрямленного напряжения:
(3.26)Амплитуда первой гармоники пульсаций выпрямленного напряжения определяется соотношением:
(3.27)где qm – пульсность схемы.
Коэффициент пульсаций выпрямленного тока:
(3.28)где
=2/35 – коэффициент пульсаций при α =0. 
(3.29)где
– амплитуда первой гармоники пульсаций выпрямленного тока.Требуемая суммарная индуктивность контура выпрямленного тока:
(3.30)отсюда индуктивность сглаживающего дросселя:
(3.31)3.2.4 Конструктивный расчет сглаживающего реактора
Для получения достаточно хорошей фильтрации, как было показано выше, дроссель фильтра должен иметь достаточную индуктивность. Такую индуктивность можно получить, лишь применяя реактор с сердечником из ферромагнитного материала. Практически все реакторы фильтров выполняются с сердечниками из трансформаторной стали и по своей конструкции мало отличаются от трансформаторов.
Реактор, подобно трансформатору, состоит из сердечника, обмотки, каркаса и деталей, скрепляющих сердечник.
Для малых реакторов чаще всего применяются броневые сердечники таких же типов, что и для трансформаторов, но меньших размеров.
Вследствие того, что через реактор фильтра протекает значительная постоянная составляющая выпрямленного тока, сердечник реактора сильно намагничивается постоянным магнитным потоком. При этом, как известно из электротехники, намного уменьшается магнитная проницаемость материала сердечника. Для уменьшения постоянного подмагничивания сердечника в нем применяется воздушный зазор или зазор какого-либо другого немагнитного материала. Для каждого конкретного случая существует наивыгоднейшая длина зазора в сердечнике, при которой реактор обладает наибольшей индуктивностью.
При конструктивном расчете реактора необходимо определить следующие его данные:
1) тип и размеры сердечника;
2) количество витков обмотки ω;
3) диаметр провода d в мм;
4) длину воздушного зазора lz в мм.
Заданными величинами (известными из электрического расчета фильтра) при этом являются:
1) индуктивность реактора L в Гн;
2) ток, протекающий через реактор (выпрямленный ток) Id, в А.
Расчет реактора, подобно расчету трансформатора, целесообразно начать с выбора сердечника.
Выбор размеров сердечника реактор следует производить, исходя из заданной величины
, которая характеризует магнитную энергию, запасаемую в сердечнике. Чем больше величина 
, тем больший объем должен иметь сердечник дросселя.Для определения минимальной величины объема сердечника реактора V можно пользоваться следующей приближенной формулой:
(3.32)Если объем сердечника взять много меньше величины, найденной из формулы (3.32), то будет иметь место сильное магнитное насыщение сердечника. Это ведет к значительному уменьшению магнитной проницаемости материала сердечника и увеличению расхода провода на изготовление данного реактора. [17]
По справочнику основных габаритов сердечников [18] выбираем тип сердечника, удовлетворяющий выражению (3.32): стержневой ленточный магнитопровод типа ПЛ6,5х12,5х8, для которого Vсм = 2,69 см3; Sсм = 0,73 см2; lср.м = 3,69 см. Далее переходим к расчету обмотки реактора.
Если реактор работает при слабом подмагничивании постоянным током, то зазор в его сердечнике не делается. Если же реактор работает при значительном постоянном токе, когда необходимо делать в его сердечнике зазор, то число витков вычисляем по формуле:
(3.33)где Sсм – активная площадь сечения магнитопровода;
Vсм – активный объем магнитопровода.
Наивыгоднейшая длина зазора сердечника может быть найдена из следующего приближенного соотношения:
(3.34)Диаметр провода обмотки реактора находят по заданному выпрямленному току, исходя из допустимой плотности тока. При плотности тока ј = 2,5 А/мм необходимый диаметр проводов находим по формуле:
(3.35)Определяем полную массу реактора по формуле:
(3.36)Масса провода
определяется по формуле: 
(3.37)где ρ = 8600 кг/м3 – плотность меди;
– площадь сечения провода; 
– полная длина провода.Площадь сечения провода определяем по формуле:
(3.38)Полная длина провода определяется из соотношения:
(3.39)где lср.м – средняя длина витка.
Тогда полная масса реактора будет равна:
3.3 Электробезопасность экспериментальной установки
Основные требования к безопасности электрооборудования изложены в ГОСТ 12.2.007.0-75 системы стандартов безопасности труда.
Стандарт устанавливает общие требования безопасности конструкции изделий, т. е. требования безопасности, предотвращающие или уменьшающие до допустимого уровня воздействия на человека: электрического тока, электрической искры и дуги, движущихся частей изделия, частей, нагревающихся до высоких температур, опасных и вредных материалов, используемых в конструкции изделия, а также опасных и вредных веществ, выделяющихся при его эксплуатации, шума, ультразвука и вибрации, электромагнитных полей и теплового, оптического и рентгеновского излучения. [19]
3.3.1 Расчет заземления
При повреждении изоляции электроустановки, ее корпус и другие конструктивные элементы могут оказаться под напряжением. Если человек прикоснется к такому поврежденному оборудованию, через него пройдет ток замыкания на землю, который может быть опасным для жизни.
Для защиты человека при прикосновении к металлическим частям электроустановки, случайно оказавшимся под напряжением, применяют защитное заземление – преднамеренное соединение корпуса или других металлических конструкций установки с землей. Назначение защитного заземления – создание между корпусом электрического устройства и землей электрического соединения с малым сопротивлением.