Учебная работа. Проектирование двухкомплектного реверсионного тиристорного преобразовательного

Министерство образования Русской Федерации

Южно-Уральский муниципальный институт

Кафедра ЭПА

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту на тему:

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХКОМПЛЕКТНОГО РЕВЕРСИВНОГО ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ»

Выполнил: Юрченко К.Н..

Группа: зф-324-с

Вариант: 12

Проверил: Гельман М. В.

Челябинск

2006

ВВЕДЕНИЕ

Вентильные преобразователи обширно используются для преобразования энергии, вырабатываемой и передаваемой в виде переменного напряжения промышленной частоты 50 Гц в электронную энергию другого вида в неизменный ток либо переменный ток с необычной либо изменяемой частотой. Практически половина энергии в нашей стране потребляется в перевоплощенном виде, до этого всего в виде неизменного тока. Электропривод неизменного тока, в том числе тяговый электропривод, массивные электротермические и электротехнологические установки – это более энергоемкие пользователи неизменного тока. Для их питания ток промышленной частоты преобразуется в неизменный ток при помощи выпрямителей.

Таковым образом, существенное число потребителей электроэнергии большенный мощности подключается к промышленной сети при помощи вентильных преобразователей. Вентильные преобразователи являются в истинные время самыми всераспространенными пользователями электронной энергии.

Но применение вентильных преобразователей вызывает ряд заморочек связанных с тем, что они являются нелинейной перегрузки сети, и их работа очень влияет на режим сети и свойство электронной энергии.

Цель курсовой работы – закрепление и классификация познаний в области принципиального раздела промышленной электроники – преобразовательной техники, путём самостоятельного решения всеохватывающей задачки проектирования двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя, для электропривода неизменного тока. Спроектированный реверсивный преобразователь должен удовлетворять всем условиям задания.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Задание

2. Выбор силового трансформатора

2.1 Расчёт характеристик и выбор силового трансформатора

2.2 Проверка избранного трансформатора

3. Выбор тиристоров

3.1 Подготовительный выбор тиристоров

3.2 Выбор предохранителей и проверка тиристоров на токи недлинного замыкания

4. Расчёт характеристик и выбор сглаживающего реактора

5. Расчёт и построение наружных, регулировочных и энергетических черт преобразователя

6. анализ приобретенных черт

7. Построение временных диаграмм

Заключение

Литература

1. ЗАДАНИЕ

Спроектировать двухкомплектный реверсивный тиристорный преобразователь, работающий на якорь мотора неизменного тока, созданного для привода телеги. Телега совершает движение вперед-назад меж 2-мя станциями. При движении вперёд телега загружена, при движении вспять она идет порожняком. При движении вперед набор вентилей «Вперёд» преобразователя работает в выпрямительном режиме, обеспечивая разгон телеги, а потом и равномерное движение. Торможение осуществляется при работе набора «Вспять» в инверторном режиме. При оборотном движении телеги процессы происходят аналогично для соответственных комплектов.

Набросок 1. График перегрузки для двухкомплектного преобразователя

где IПВ, IПИ – токи перегрузки в выпрямительном и инверторном режимах;

IУВ, IУИ – установившиеся токи в выпрямительном и инверторном режимах;

tПВ, tПИ – продолжительности перегрузок в выпрямительном и инверторном ре жимах;

tУВ, tУИ – продолжительности установившихся нагрузок выпрямительном и инверторном режимах;

tЦ – время цикла;

0 – время паузы в перегрузке; индексы 1 относятся к комплекту «Вперед», а 2 – к комплекту «Вспять» двухкомплектного преобразователя.

Таблица 1. Начальные данные

Тип мотора

Д 806

Номинальная мощность мотора PН, кВт

Номинальное напряжение мотора UН, В

220

время цикла tЦ, с

Время перегрузки tП, с

1,5

Время установившейся перегрузки tУ, с

время паузы меж выпрямительным и инверторным режимом t0, с

Номинальный ток мотора IН, А

165

Отношение тока перегрузки к номинальному току мотора IП/IН

2,1

Отношение установившегося тока к номинальному току мотора IУ/IН

0,9

Активное сопротивление якоря rЯ, Ом

0,0532

Индуктивность якоря мотора LЯ, мГн

3,9

Частота вращения n, о/мин

980

Для упрощения расчётов принято:

IПВ1=IПИ2=IП; IУВ1=IУ; IПВ2=IПИ1=0,6.IП; IУВ2=0,6.IУ

tПВ1=tПВ2=tПИ1=tПИ2=tП; tУВ1=tУВ2=tУ.

Опорное напряжение в системе управления линейное (пилообразное).

Проектирование преобразователя выполнить при последующих технических критериях:

а) Номинальное линейное напряжение сети UСН = 380 В;

б) Колебания напряжения сети ± 10%;

в) номинальное напряжение на движке обязано быть обеспечено при установившемся токе перегрузки IУ и допустимых колебаниях напряжения сети;

г) схема выпрямления – трёхфазная мостовая;

д) коэффициент пульсаций тока q при токе установившейся перегрузки IУ не наиболее 2% ;

е) температура окружающей среды Tа = +40° C; остывание воздушное (естественное и принудительное);

ж) амплитуда опорного напряжения в системе импульсно-фазового управления 10 В.

2. ВЫБОР СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

2.1 Расчёт характеристик и выбор силового трансформатора

Выбор трансформатора делается по расчётным значениям первичного и вторичного токов (I1,I2), фазных напряжений (U1,U2) и типовой мощности Sт. Расчётное

, (1)

где KR – коэффициент, учитывающий падение напряжения за счет коммутации и активных сопротивлений трансформатора, вентилей, сглаживающего реактора; за ранее KR = 1,05;

KU – коэффициент схемы (для трехфазной мостовой схемы KU = 2,34);

KCmin – коэффициент, учитывающий допустимое снижение напряжения сети до UCmin,

; (2)

;

В каталогах на трансформаторы обычно указывается линейное вторичное напряжение:

, (3)

Расчетное

, (4)

где KI – коэффициент схемы, характеризующий отношение токов I2/Id в безупречном выпрямителе при Xd = ? (для трёхфазной мостовой ).

При расчёте токов можно за ранее принять, что номинальный ток выпрямителя Id равен установившемуся току IУ, а он в свою очередь равен номинальному току IН ,что следует из начальных данных (Табл. 1). Потому IУ = 165 А.

Тогда по формуле (4):

;

Расчётный коэффициент трансформации:

, (5)

;

Расчётное

, (6)

;

Расчётное

, (7)

;

По расчётным данным при помощи [1] избираем трансформатор, имеющий характеристики, удовлетворяющие условиям:

U1ЛН = UСН ; SТН > SТ ; U2ЛН > U2Л ; I2Н > I2 ;

характеристики избранного трансформатора приведены в табл. 2.

Таблица 2. характеристики трансформатора

Тип трансформатора

ТСП-63/0,7

Номинальная мощность SТН , кВт

Номинальное напряжение

силовой обмотки U1ЛН , В

380

вентильной обмотки U2ЛН , В

205

Номинальный ток вентильной обмотки I2Н , А

164

Напряжение недлинного замыкания UК , %

5,5

ток холостого хода IХХ , %

Утраты

холостого хода PХХ , Вт

300

недлинного замыкания PКЗ , Вт

1900

2.2 Проверка избранного трансформатора

При проверке трансформатора нужно проверить, обеспечивает ли он необходимое напряжение на выходе выпрямителя, выдерживает ли данные перегрузки и удовлетворяет ли условиям допустимости нагрева.

Активное, полное и индуктивное сопротивление рассеяния фазы трансформатора, приведенные ко вторичной стороне:

, (9)

; (10)

Беря во внимание, что получим:

, (11)

Выпрямленное напряжение на зажимах мотора при угле управления ? = 0 с учетом наибольшего снижения напряжения сети, падения напряжения на трансформаторе, вентилях и сглаживающем реакторе (для трёхфазной мостовой схемы):

(12)

где UТ (ТО) , rТ – пороговое напряжение и дифференциальное сопротивление тиристора в открытом состоянии;

rL – активное сопротивление сглаживающего реактора.

При расчёте заместо Id следует подставить

,(13)

Где UТМ – импульсное напряжение в открытом состоянии тиристора (можно за ранее принять UТМ = 2 В).

Формула (13) не учитывает падения напряжения на активном сопротивлении сглаживающего реактора, потому рассчитанное напряжение обязано быть выше UН на 3…15 В.

U > UН на 12,7 В, как следует избранный трансформатор обеспечивает нужное напряжение на движке.

ток, потребляемый движком при наибольшей перегрузке:

Вторичный ток трансформатора при данной перегрузке в течение 2 с:

, (14)

Допустимый вторичный ток трансформатора в течение 10 с при перегрузке 150%:

, (15)

Трансформатор выдержит, потому что ток перегрузки (I2П) и время его деяния (2 с) ниже допустимых значений (283А < 410 А; 2 с < 10 с).

Среднеквадратичное время установившихся нагрузок и перегрузок, соответственных графикам перегрузки (рис. 1). Для двухкомплектного преобразователя:

,(16)

Среднеквадратичный ток I2СКВ меньше номинального I2Н (124 А < 164 А). Таковым образом, трансформатор удовлетворяет всем требованиям. Переход на трансформатор наименьшей мощности неосуществим, потому что ток перегрузки близок к предельному значению.

3. ВЫБОР ТИРИСТОРОВ

3.1 Подготовительный выбор тиристоров

Наибольшая величина оборотного напряжения, прикладываемого к тиристору, Uamax определяется при наивысшем напряжении сети Ucmax. Для трёхфазной мостовой схемы:

, (17)

где .

;

Импульсное рабочее напряжения тиристора в закрытом состоянии UDWM и импульсное рабочее напряжение URWM должны быть больше Ua max ,

UDWM = URWM > 335,6 В (условие 1).

Значения UDWM и URWM соединены с циклическим импульсным напряжением в закрытом состоянии UDRM и циклическим импульсным оборотным напряжением URRM соотношениями:

UDWM = 0,8. UDRM ; URWM = 0,8. URRM;(18)

Из условия 1:

При сгорании предохранителей, защищающих тиристоры, на их появляются перенапряжения, которые прикладываются к тиристорам. Наибольшее напряжение на тиристоре Ua пер при всем этом добивается (1,5…2) Ua max .

Неповторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии UDSM и неповторяющееся импульсное оборотное напряжение URSM должны с коэффициентом припаса KS = (1,2…1,4) превосходить напряжение Ua пер (условие 2),

UDSM = URSM = (1,5…2).KS. Ua max,(19)

UDSM = URSM = 469,8 В.

значения неповторяющихся импульсных напряжений UDSM и URSM соединены со значениями циклических импульсных напряжений UDRM = URRM коэффициентами, определяемыми заводами-изготовителями:

UDSM = KНЕП . UDRM ; URSM = KНЕП . URRM; (20)

В данной работе примем KНЕП = 1,12. Тогда по формуле (20) циклическое импульсное напряжение

Округлив это

Средний ток вентиля при перегрузке:

(21)

Очень допустимый средний ток ITAV при данных критериях работы связан с предельным током ITAVm коэффициентов, учитывающих эти условия:

ITAV = K?.Kf.KT.Kv.ITAVm , (22)

Где K? – коэффициент, учитывающий отличие угла проводимости от 180 град. эл. и отличие формы тока от синусоидальной; при прямоугольной и трапецеидальной форме тока с углом проводимости, близким 120 град. эл., можно принять K? = 0,8;

Kf – коэффициент, учитывающий воздействие частоты; при частоте 50 Гц Kf = 1;

KT – коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды Ta; при Ta < 40°C можно принять KT = 1;

Kv – коэффициент, учитывающий скорость охлаждающего воздуха; при номинальной скорости Kv = 1, при естественном охлаждении без обдува Kv снижаетсядо 0,25…0,4.

UDSM = KНЕП . UDRM ; URSM = KНЕП . URRM; (20)

В данной работе примем KНЕП = 1,12. Тогда по формуле (20) циклическое импульсное напряжение

Округлив это

Средний ток вентиля при перегрузке:

(21)

ITAV = K?.Kf.KT.Kv.ITAVm , (22)

Kf – коэффициент, учитывающий воздействие частоты; при частоте 50 Гц Kf = 1;

KT – коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды Ta; при Ta < 40°C можно принять KT = 1;

Зная требуемый ток тиристора в режиме перегрузки, можно отыскать предельный ток ITAVm и за ранее избрать тип тиристора.

, (23)

По [1] избираем тиристор типа Т133-400 (охладитель О143-150 ). характеристики тиристора приведены в таблице 3.

Таблица 3. характеристики тиристора типа Т161-160

Наименование параметра

Предельный ток ITAV (температура корпуса Тс = 85°C, угол проводимости ? =180 град., f =50 Гц ), А

160

Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии ITSM при очень допустимой температуре перехода TJm , кА

Очень допустимая температура перехода TJm , °C

125

Пороговое напряжение UТ(ТО) , В

1,15

Дифференциальное сопротивление в открытом состоянии rt, мОм

1,40

, , В

300-1600

3.2 Выбор предохранителей и проверка тиристоров на токи недлинного замыкания

При расчёте аварийных токов обычно употребляют относительные единицы, принимая за базу амплитуду установившегося тока трёхфазного недлинного замыкания Im:

, (30)

где Kс max учитывает вероятное увеличение напряжения сети.

Набросок 4. Амплитуда ударного тока и интеграл предельной перегрузки в относительных единицах при внутреннем КЗ тиристорного преобразователя по трёхфазной мостовой схеме

По зависимости относительного значения амплитуды ударного тока I*уд при внутреннем маленьком замыкании от характеристик трансформатора (рис.4) определим I*уд=0,9 (при ).

Тогда амплитуда тока недлинного замыкания:

, (31)

Термическое действие на вентили преобразователя характеризуется интегралом предельной перегрузки .

По зависимости относительного значения интеграла предельной перегрузки от характеристик трансформатора (рис. 4) определим W* = 0,41.10-4 (при ).

Интеграл предельной перегрузки:

, (32)

Ударный неповторяющийся ток тиристора в открытом состоянии (в согласовании с табл. 3) ITSM = 4 кА.

По значению ударного тока ITSM быть может определён защитный показатель –тока синусоидальной формы за время полупериода напряжения сети:

, (33)

Из сопоставления видно, что тиристор не выдерживает ударный ток: ITSM < Iуд; WT > W. Нужна установка предохранителей.

Проведём подготовительный выбор предохранителя. Номинальное линейное напряжение на вторичной стороне трансформатора U2Л = 205 В. Действующее

(34)

(35)

Где Кв – число параллельно соединенных вентилей;

При перегрузке действующее

(36)

По времятоковым чертам видно, что плавкая вставка выдержит эту перегрузку в течение наиболее 10 мин, что существенно больше данного времени (tП = 2 с). Таковым образом, избранная плавкая вставка обеспечивает работу преобразователя при данных отягощениях.

Проверим условие защиты тиристора на токи недлинного замыкания. Действующее

, (37)

Тогда по чертам для интеграла отключения и тока, ограниченного предохранителем [1] найдем при I0 = Iуд.д: Wпр = 0,9.104 А2.с; Iпр = 4 кА.

Беря во внимание, количество параллельно включенных вентилей nв и коэффициента неравномерности распределения токов по вентилям КВ, получим:

Наибольшая амплитуда аварийного тока через «здоровый» тиристор, которая ограничивается предохранителем, не обязана превосходить допустимый ударный ток:

ITSM > I?пр . (38)

Очень вероятный ограниченный предохранителем интеграл тока через хоть какой неповрежденный тиристор должен быть меньше его защитного показателя:

Wt > W?пр . (39)

Оба условия производятся с огромным припасом (4000 А > 2200 А; 87000 А2.с > 2700 А2.с), как следует, при выходе из строя 1-го из тиристоров предохранитель обеспечивает защиту других. Применение параллельного соединения 2-ух тиристоров обусловлено, потому что по другому условия (38) и (39) не могли быть выполнены.

Сейчас можно считать, что тиристоры и предохранители выбраны совсем.

4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ВЫБОР СГЛАЖИВАЮЩЕГО РЕАКТОРА

При расчёте индуктивности сглаживающего реактора исходят из допустимого уровня пульсаций выпрямленного тока при установившейся перегрузке и номинальном напряжении на движке.

1-ая гармоника пульсаций имеет наивысшую величину и ужаснее всего фильтруется, потому другие гармоники не рассматриваются. Амплитуда первой гармоники пульсаций при данном номинальном напряжении на движке UН определяется углом управления ?, который можно найти, преобразовав уравнение наружной свойства. Заместо rт подставим половинное

,(40)

Где Udo max – выпрямленное напряжение при наивысшем напряжении сети;

Udo max = 2,34 . Кс max. U2H, (41)

Udo max = 2,34 . 1,1 . 118,4 = 305 В.

как следует ? = 40 град. эл.

Амплитудное

,(42)

где m – пульсность; для трёхфазной мостовой схемы m = 6.

Нужная индуктивность цепи выпрямленного тока Ld быть может определена по напряжению Udm(1) и данному коэффициенту пульсаций q:

(43)

Потому что Ld > Lя , то нужна установка реактора с индуктивностью:

L > Ld – Lя . (44)

Расчетная индуктивность сглаживающего реактора:

L = 12,2.10-3 – 3,9.10-3 = 8,3.10-3 Гн.

Номинальный ток реактора ILH должен быть больше тока IУ.

Избираем реактор СРОС-200/0,5 на номинальный ток ILH = 800А с индуктивностью LL = 15 мГн и активным сопротивлением обмотки rL = 20 мОм [1].

Допустимый ток реактора в течении 10 с при перегрузке 150%:

Iп доп = 2,5 . LLH , (45)

Iп доп = 2,5 . 200 = 500 А.

Реактор выдержит перегрузку, потому что ток перегрузки мотора IП меньше по величине и по продолжительности (346,5 А < 500 А, 2 с < 10 c).

Общая индуктивность в цепи выпрямленного тока:

Ld = Lя + LL , (46)

Ld = 3,9.10-3 + 15.10-3 = 18,9 мГн.

Индуктивное сопротивление:

xd = ? . Ld , (47)

xd = 314 . 18,9.10-3 = 5,9 Ом.

Напряжение на движке при наименьшем напряжении сети и токе IУ:

,(48)

Напряжение U > UH (232,6 В > 220 В), как следует, выпрямитель обеспечивает данный режим.

5. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНИХ, РЕГУЛИРОВОЧНЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

На базе математического описания [1] разработана программка расчёта наружных, регулировочных, энергетических и ограничительных черт преобразователя, при помощи которой построены свойства на ЭЦВМ. Также строятся наружная и ограничительная свойства, рассчитанные приближенным способом при пренебрежении активными сопротивлениями. Для напряжения UЗ, равного 220 В, расчетом при помощи ЭЦВМ определен угол ? = 40 град. эл. Для этого угла произведен расчёт.

Напряжение на холостом ходу в прерывающемся режиме:

(49)

Где ;

nг – число групп вентилей; для трёхфазной мостовой схемы nг = 2.

Напряжение на холостом ходу в безупречном выпрямителе в непрерывном режиме:

(50)

Тогда граничный ток определяется формулой:

(51)

Где X? = nг.Xa + Xd – суммарное индуктивное сопротивление в цепи преобразователя.

Уравнение наружной свойства в непрерывном режиме:

(52)

Тогда при Id = Id гр = 2,66 А,

при Id = IУ = 68 А,

По двум точкам строим наружные свойства в прерывающемся и непрерывном режиме.

Уравнение ограничительной свойства:

(53)

Где ?min – мало допустимый угол выключения; принимаем ?min = 15°.

Тогда при Id = 0,

при Id = IУ = 68 А,

свойства построенные приближенным способом фактически совпадают с чертами, приобретенными при помощи ЭЦВМ. Можно прийти к выводу, что приближенный способ подходящ для расчёта и активное сопротивление не достаточно влияет с виду наружных черт.

6. анализ ПОЛУЧЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Наружные свойства построены для различных углов в режимах прерывающегося и непрерывного тока (рис. 5, 6). Для наглядности свойства в прерывающемся и непрерывном режиме построены в различных масштабах. На графиках видно, что чем больше угол управления, тем ниже идёт черта.

Ограничительная черта (рис. 5, 6) также, как и наружные, построена для 1-го набора двухкомплектного преобразователя (набора «Вперёд»). Она представляет собой прямую и ограничивает область устойчивой работы преобразователя. Энерго свойства для КПД, коэффициента мощности ?, коэффициента несинусоидальности тока ?, cos(?) в функции тока построены на общем графике для угла ? (рис. 10), соответственного номинальному напряжению на движке при токе IУ. Энерго свойства для этих же характеристик в функции напряжения строятся при неизменном токе IУ.Из графика зависимости ? = f(I) при различных углах управления (рис. 9) видно, что при угле управления ? = 87,4 град. эл. и токе I=Iу=68 А КПД спадает до нуля, потому что при этих критериях напряжение на движке равно нулю, другими словами нужная мощность равна нулю. При токе I > Iу КПД остается равной нулю, потому что потребляемая мощность положительная, а напряжение на движке отрицательное. При углах управления ? = 33 град. эл. и ? = 137,9 град. эл., обеспечивающих напряжение ±220 В, графики КПД в инверторном и выпрямительном режимах совпадают. Аналогично, фактически совпадают графики КПД при углах управления ? = 63,7 град. эл. и ? = 110,3 град. эл., но проходят ниже прошлых. Не считая того, графики КПД в некой точке добивается наибольшего значения, а потом несколько спадают.Из графиков зависимостей ? = f(I), ? = f(I), cos ? = f(I) видно, что с повышением тока значения функций ? = f(I) и cos ? = f(I) уменьшаются, а ? = f(I) растут. При I = const и роста модуля напряжения cos ? и ? растут, а ? не меняется.

Из графика зависимости ? = f(U) при I = const (рис. 11) видно, что при переходе из инверторного режима в выпрямительный, КПД равен нулю.

Регулировочные свойства преобразователя совместно с системой управления U = f(Uупр) построены для разных напряжений смещения Uсм (рис. 12-16). При Uсм=0 угол согласования 0 = 90 град. эл., потому в режиме непрерывного тока свойства комплектов фактически совпадают, что обеспечивает высочайшее свойство регулирования. Но, в режиме прерывающегося тока свойства разноплановы. При увеличении Uсм растёт ?0 и свойства комплектов расползаются, затягивается время переключения и свойство регулирования миниатюризируется. Потому угол исходного согласования необходимо выбирать из примирительных суждений. В системах с завышенными требованиями к качеству регулирования устанавливают 0 = 95…100°,а в массовом электроприводе 0 = 105…115°. Потому избираем 0 = 110°.

7. ПОСТРОЕНИЕ ВРЕМЕННЫХ ДИАГРАММ

Построение временных диаграмм делается при номинальном напряжении сети для угла ? = 63,7 град. эл, обеспечивающего при токе IУ напряжение на перегрузке, равное 110 В. Этот угол определён при расчете наружных черт.

Угол коммутации:

,(54)

На диаграммах фазных ЭДС за нуль принят потенциал нуля трансформатора. На диаграммы наносятся ординаты, надлежащие углам ? и ? для анодной и катодной групп вентилей. На участке коммутации вторичное напряжение идет по кривой, делящей ординаты меж фазными ЭДС, участвующими в коммутации, напополам.

При построении диаграммы выпрямленного напряжения за нуль принят потенциал общего анода.

При построении токов принимается, что Ld = ? и межкоммутационные участки горизонтальны.

При построении напряжения на вентиле потенциал общего катода принимается равным нулю.

Набросок 5. Наружные и ограничительная свойства, построенные при помощи ЭВМ и приобретенные приближенным расчетом

Набросок 6. Наружные и ограничительная свойства, построенные при помощи ЭВМ в большем масштабе по току и приближенная наружная черта в области прерывающегося тока

Набросок 7. Регулировочные свойства преобразователя U = f(?), приобретенные при помощи ЭВМ

Набросок 8. Регулировочные свойства преобразователя U = f(Uупр), приобретенные при помощи ЭВМ (при Uсм = 0)

Набросок 9. Энерго свойства преобразователя ? = f(Id) для различных данных напряжений, приобретенные при помощи ЭВМ

Набросок 10. Энерго свойства при изменении тока перегрузки, приобретенные при помощи ЭВМ

Набросок 11. Энерго свойства при регулировании напряжения на якоре мотора, приобретенные при помощи ЭВМ

Набросок 12. Регулировочные свойства двухкомплектного реверсивного преобразователя U = f(Uупр) при Uсм=0 В

Набросок 13. Регулировочные свойства двухкомплектного реверсивного преобразователя U = f(Uупр) при Uсм=0,5 В

Набросок 14. Регулировочные свойства двухкомплектного реверсивного преобразователя U = f(Uупр) при Uсм=1 В

Набросок 15. Регулировочные свойства двухкомплектного реверсивного преобразователя U = f(Uупр) при Uсм= -0,5 В

Набросок 16. Регулировочные свойства двухкомплектного реверсивного преобразователя U = f(Uупр) при Uсм= -1 В

ЛИТЕРАТУРА

1. Гельман М. В. Проектирование тиристорных преобразователей для электроприводов неизменного тока. Учебное пособие. -Челябинск: ЧГТУ, 1996.-91 с.

2. Гельман М. В. Альбом схем по преобразовательной технике. -Челябинск: ЧПИ, 1992.-60 с.

3. Чебовский О. Г. Моисеев Л. Г. Недошивин Р. П. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1985, -401 с.

4. Предохранители плавкие серии ПП57: каталог 07.04.07 – 84. Электротехника СССР (Союз Советских Социалистических Республик, также Советский Союз —

Министерство образования {Российской|Русской} Федерации

Южно-Уральский {государственный|муниципальный} {университет|институт}

Кафедра ЭПА

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту на тему:

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХКОМПЛЕКТНОГО РЕВЕРСИВНОГО ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ»

Выполнил: Юрченко К.Н..

Группа: зф-324-с

Вариант: 12

Проверил: Гельман М. В.

Челябинск

2006

ВВЕДЕНИЕ

Вентильные преобразователи {широко|обширно} {применяются|используются} для преобразования энергии, вырабатываемой и передаваемой в виде переменного напряжения промышленной частоты 50 {Гц|Гц } в {электрическую|электронную} энергию другого вида в {постоянный|неизменный} ток {или|либо} переменный ток с {нестандартной|необычной} {или|либо} изменяемой частотой. {Почти|Практически} половина энергии в нашей стране потребляется в {преобразованном|перевоплощенном} виде, {прежде|до этого} всего в виде {постоянного|неизменного} тока. Электропривод {постоянного|неизменного} тока, в том числе тяговый электропривод, {мощные|массивные} электротермические и электротехнологические установки – это {наиболее|более} энергоемкие {потребители|пользователи} {постоянного|неизменного} тока. Для их питания ток промышленной частоты преобразуется в {постоянный|неизменный} ток {с помощью|при помощи} выпрямителей.

{Таким|Таковым} образом, {значительное|существенное} число потребителей электроэнергии {большой|большенный} мощности подключается к промышленной сети {с помощью|при помощи} вентильных преобразователей. Вентильные преобразователи являются в {настоящие|истинные} время самыми {распространенными|всераспространенными} {потребителями|пользователями} {электрической|электронной} энергии.

{Однако|Но} применение вентильных преобразователей вызывает ряд {проблем|заморочек} связанных с тем, что они являются нелинейной {нагрузки|перегрузки} сети, и их работа {сильно|очень} влияет на режим сети и {качество|свойство} {электрической|электронной} энергии.

Цель курсовой работы – закрепление и {систематизация|классификация} {знаний|познаний} в области {важного|принципиального} раздела промышленной электроники – преобразовательной техники, путём самостоятельного решения {комплексной|всеохватывающей} {задачи|задачки} проектирования двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя, для электропривода {постоянного|неизменного} тока. Спроектированный реверсивный преобразователь должен удовлетворять всем условиям задания.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Задание

2. Выбор силового трансформатора

2.1 Расчёт {параметров|характеристик} и выбор силового трансформатора

2.2 Проверка {выбранного|избранного} трансформатора

3. Выбор тиристоров

3.1 {Предварительный|Подготовительный} выбор тиристоров

3.2 Выбор предохранителей и проверка тиристоров на токи {короткого|недлинного} замыкания

4. Расчёт {параметров|характеристик} и выбор сглаживающего реактора

5. Расчёт и построение {внешних|наружных}, регулировочных и энергетических {характеристик|черт} преобразователя

6. анализ {полученных|приобретенных} {характеристик|черт}

7. Построение временных диаграмм

Заключение

Литература

1. ЗАДАНИЕ

Спроектировать двухкомплектный реверсивный тиристорный преобразователь, работающий на якорь {двигателя|мотора} {постоянного|неизменного} тока, {предназначенного для|созданного для} привода {тележки|телеги}. {Тележка|Телега} совершает движение вперед-назад {между|меж} {двумя|2-мя} станциями. При движении вперёд {тележка|телега} загружена, при движении {назад|вспять} она идет порожняком. При движении вперед {комплект|набор} вентилей «Вперёд» преобразователя работает в выпрямительном режиме, обеспечивая разгон {тележки|телеги}, а {затем|потом} и равномерное движение. Торможение осуществляется при работе {комплекта|набора} «{Назад|Вспять}» в инверторном режиме. При {обратном|оборотном} движении {тележки|телеги} процессы происходят аналогично для {соответствующих|соответственных} комплектов.

{Рисунок|Набросок} 1. График {нагрузки|перегрузки} для двухкомплектного преобразователя

где IПВ, IПИ – токи перегрузки в выпрямительном и инверторном режимах;

IУВ, IУИ – установившиеся токи в выпрямительном и инверторном режимах;

tПВ, tПИ – {длительности|продолжительности} перегрузок в выпрямительном и инверторном ре жимах;

tУВ, tУИ – {длительности|продолжительности} установившихся нагрузок выпрямительном и инверторном режимах;

tЦ – время цикла;

0 – время паузы в {нагрузке|перегрузке}; индексы 1 относятся к комплекту «Вперед», а 2 – к комплекту «{Назад|Вспять}» двухкомплектного преобразователя.

Таблица 1. {Исходные|Начальные} данные

Тип {двигателя|мотора}

Д 806

Номинальная мощность {двигателя|мотора} PН, кВт

Номинальное напряжение {двигателя|мотора} UН, В

220

время цикла tЦ, с

Время перегрузки tП, с

1,5

Время установившейся {нагрузки|перегрузки} tУ, с

время паузы {между|меж} выпрямительным и инверторным режимом t0, с

Номинальный ток {двигателя|мотора} IН, А

165

Отношение тока перегрузки к номинальному току {двигателя|мотора} IП/IН

2,1

Отношение установившегося тока к номинальному току {двигателя|мотора} IУ/IН

0,9

Активное сопротивление якоря rЯ, Ом

0,0532

Индуктивность якоря {двигателя|мотора} LЯ, мГн

3,9

Частота вращения n, {об|о}/мин

980

Для упрощения расчётов принято:

IПВ1=IПИ2=IП; IУВ1=IУ; IПВ2=IПИ1=0,6.IП; IУВ2=0,6.IУ

tПВ1=tПВ2=tПИ1=tПИ2=tП; tУВ1=tУВ2=tУ.

Опорное напряжение в системе управления линейное (пилообразное).

Проектирование преобразователя выполнить при {следующих|последующих} технических {условиях|критериях}:

а) Номинальное линейное напряжение сети UСН = 380 В;

б) Колебания напряжения сети ± 10%;

в) номинальное напряжение на {двигателе|движке} {должно|обязано} быть обеспечено при установившемся токе {нагрузки|перегрузки} IУ и допустимых колебаниях напряжения сети;

г) схема выпрямления – трёхфазная мостовая;

д) коэффициент пульсаций тока q при токе установившейся {нагрузки|перегрузки} IУ не {более|наиболее} 2% ;

е) температура окружающей среды Tа = +40° C; {охлаждение|остывание} воздушное (естественное и принудительное);

ж) амплитуда опорного напряжения в системе импульсно-фазового управления 10 В.

2. ВЫБОР СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

2.1 Расчёт {параметров|характеристик} и выбор силового трансформатора

Выбор трансформатора {производится|делается} по расчётным значениям первичного и вторичного токов (I1,I2), фазных напряжений (U1,U2) и типовой мощности Sт. Расчётное

, (1)

где KR – коэффициент, учитывающий падение напряжения за счет коммутации и активных сопротивлений трансформатора, вентилей, сглаживающего реактора; {предварительно|за ранее} KR = 1,05;

KU – коэффициент схемы (для трехфазной мостовой схемы KU = 2,34);

KCmin – коэффициент, учитывающий допустимое {понижение|снижение} напряжения сети до UCmin,

; (2)

;

В каталогах на трансформаторы обычно указывается линейное вторичное напряжение:

, (3)

Расчетное

, (4)

где KI – коэффициент схемы, характеризующий отношение токов I2/Id в {идеальном|безупречном} выпрямителе при Xd = ? (для трёхфазной мостовой ).

При расчёте токов можно {предварительно|за ранее} принять, что номинальный ток выпрямителя Id равен установившемуся току IУ, а он в свою очередь равен номинальному току IН ,что следует из {исходных|начальных} данных (Табл. 1). {Поэтому|Потому} IУ = 165 А.

Тогда по формуле (4):

;

Расчётный коэффициент трансформации:

, (5)

;

Расчётное

, (6)

;

Расчётное значение типовой мощности трансформатора:

, (7)

;

По расчётным данным {с помощью|при помощи} [1] {выбираем|избираем} трансформатор, имеющий {параметры|характеристики}, удовлетворяющие условиям:

U1ЛН = UСН ; SТН > SТ ; U2ЛН > U2Л ; I2Н > I2 ;

{Параметры|Характеристики} {выбранного|избранного} трансформатора приведены в табл. 2.

Таблица 2. {Параметры|Характеристики} трансформатора

Тип трансформатора

ТСП-63/0,7

Номинальная мощность SТН , кВт

Номинальное напряжение

силовой обмотки U1ЛН , В

380

вентильной обмотки U2ЛН , В

205

Номинальный ток вентильной обмотки I2Н , А

164

Напряжение {короткого|недлинного} замыкания UК , %

5,5

ток холостого хода IХХ , %

{Потери|Утраты}

холостого хода PХХ , Вт

300

{короткого|недлинного} замыкания PКЗ , Вт

1900

2.2 Проверка {выбранного|избранного} трансформатора

При проверке трансформатора {необходимо|нужно} проверить, обеспечивает ли он {нужное|необходимое} напряжение на выходе выпрямителя, выдерживает ли {заданные|данные} перегрузки и удовлетворяет ли условиям допустимости нагрева.

, (9)

; (10)

{Учитывая|Беря во внимание}, что получим:

, (11)

Выпрямленное напряжение на зажимах {двигателя|мотора} при угле управления ? = 0 с учетом {максимального|наибольшего} {понижения|снижения} напряжения сети, падения напряжения на трансформаторе, вентилях и сглаживающем реакторе (для трёхфазной мостовой схемы):

(12)

где UТ (ТО) , rТ – пороговое напряжение и дифференциальное сопротивление тиристора в открытом состоянии;

rL – активное сопротивление сглаживающего реактора.

При расчёте {вместо|заместо} Id следует подставить

,(13)

Где UТМ – импульсное напряжение в открытом состоянии тиристора (можно {предварительно|за ранее} принять UТМ = 2 В).

Формула (13) не учитывает падения напряжения на активном сопротивлении сглаживающего реактора, {поэтому|потому} рассчитанное напряжение {должно|обязано} быть выше UН на 3…15 В.

U > UН на 12,7 В, {следовательно|как следует} {выбранный|избранный} трансформатор обеспечивает {необходимое|нужное} напряжение на {двигателе|движке}.

ток, потребляемый {двигателем|движком} при {максимальной|наибольшей} перегрузке:

Вторичный ток трансформатора при {заданной|данной} перегрузке в течение 2 с:

, (14)

Допустимый вторичный ток трансформатора в течение 10 с при перегрузке 150%:

, (15)

Трансформатор выдержит, {так как|потому что} ток перегрузки (I2П) и время его {действия|деяния} (2 с) ниже допустимых значений (283А < 410 А; 2 с < 10 с).

Среднеквадратичное время установившихся нагрузок и перегрузок, {соответствующих|соответственных} графикам {нагрузки|перегрузки} (рис. 1). Для двухкомплектного преобразователя:

,(16)

Среднеквадратичный ток I2СКВ меньше номинального I2Н (124 А < 164 А). {Таким|Таковым} образом, трансформатор удовлетворяет всем требованиям. Переход на трансформатор {меньшей|наименьшей} мощности {невозможен|неосуществим}, {так как|потому что} ток перегрузки близок к предельному значению.

3. ВЫБОР ТИРИСТОРОВ

3.1 {Предварительный|Подготовительный} выбор тиристоров

{Максимальная|Наибольшая} величина {обратного|оборотного} напряжения, прикладываемого к тиристору, Uamax определяется при {максимальном|наивысшем} напряжении сети Ucmax. Для трёхфазной мостовой схемы:

, (17)

где .

;

UDWM = URWM > 335,6 В (условие 1).

Значения UDWM и URWM {связаны|соединены} с {повторяющимся|циклическим} импульсным напряжением в закрытом состоянии UDRM и {повторяющимся|циклическим} импульсным {обратным|оборотным} напряжением URRM соотношениями:

UDWM = 0,8. UDRM ; URWM = 0,8. URRM;(18)

Из условия 1:

При сгорании предохранителей, защищающих тиристоры, на {них|их} {возникают|появляются} перенапряжения, которые прикладываются к тиристорам. {Максимальное|Наибольшее} напряжение на тиристоре Ua пер {при этом|при всем этом} {достигает|добивается} (1,5…2) Ua max .

Неповторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии UDSM и неповторяющееся импульсное {обратное|оборотное} напряжение URSM должны с коэффициентом {запаса|припаса} KS = (1,2…1,4) {превышать|превосходить} напряжение Ua пер (условие 2),

UDSM = URSM = (1,5…2).KS. Ua max,(19)

UDSM = URSM = 469,8 В.

значения неповторяющихся импульсных напряжений UDSM и URSM {связаны|соединены} со значениями {повторяющихся|циклических} импульсных напряжений UDRM = URRM коэффициентами, определяемыми заводами-изготовителями:

UDSM = KНЕП . UDRM ; URSM = KНЕП . URRM; (20)

В данной работе примем KНЕП = 1,12. Тогда по формуле (20) {повторяющееся|циклическое} импульсное напряжение

Округлив это

Средний ток вентиля при перегрузке:

(21)

{Максимально|Очень} допустимый средний ток ITAV при {заданных|данных} {условиях|критериях} работы связан с предельным током ITAVm коэффициентов, учитывающих эти условия:

ITAV = K?.Kf.KT.Kv.ITAVm , (22)

Kf – коэффициент, учитывающий {влияние|воздействие} частоты; при частоте 50 {Гц|Гц } Kf = 1;

KT – коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды Ta; при Ta < 40°C можно принять KT = 1;

UDSM = KНЕП . UDRM ; URSM = KНЕП . URRM; (20)

В данной работе примем KНЕП = 1,12. Тогда по формуле (20) {повторяющееся|циклическое} импульсное напряжение

Округлив это

Средний ток вентиля при перегрузке:

(21)

ITAV = K?.Kf.KT.Kv.ITAVm , (22)

Kf – коэффициент, учитывающий {влияние|воздействие} частоты; при частоте 50 {Гц|Гц } Kf = 1;

KT – коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды Ta; при Ta < 40°C можно принять KT = 1;

Зная требуемый ток тиристора в режиме перегрузки, можно {найти|отыскать} предельный ток ITAVm и {предварительно|за ранее} {выбрать|избрать} тип тиристора.

, (23)

По [1] {выбираем|избираем} тиристор типа Т133-400 (охладитель О143-150 ). {Параметры|Характеристики} тиристора приведены в таблице 3.

Таблица 3. {Параметры|Характеристики} тиристора типа Т161-160

Наименование параметра

Предельный ток ITAV (температура корпуса Тс = 85°C, угол проводимости ? =180 град., f =50 {Гц|Гц }), А

160

Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии ITSM при {максимально|очень} допустимой температуре перехода TJm , кА

{Максимально|Очень} допустимая температура перехода TJm , °C

125

Пороговое напряжение UТ(ТО) , В

1,15

Дифференциальное сопротивление в открытом состоянии rt, мОм

1,40

, , В

300-1600

3.2 Выбор предохранителей и проверка тиристоров на токи {короткого|недлинного} замыкания

При расчёте аварийных токов обычно {используют|употребляют} относительные единицы, принимая за базу амплитуду установившегося тока трёхфазного {короткого|недлинного} замыкания Im:

, (30)

где Kс max учитывает {возможное|вероятное} {повышение|увеличение} напряжения сети.

{Рисунок|Набросок} 4. Амплитуда ударного тока и интеграл предельной {нагрузки|перегрузки} в относительных единицах при внутреннем КЗ тиристорного преобразователя по трёхфазной мостовой схеме

По зависимости относительного значения амплитуды ударного тока I*уд при внутреннем {коротком|маленьком} замыкании от {параметров|характеристик} трансформатора (рис.4) определим I*уд=0,9 (при ).

Тогда амплитуда тока {короткого|недлинного} замыкания:

, (31)

{Тепловое|Термическое} {воздействие|действие} на вентили преобразователя характеризуется интегралом предельной {нагрузки|перегрузки} .

По зависимости относительного значения интеграла предельной {нагрузки|перегрузки} от {параметров|характеристик} трансформатора (рис. 4) определим W* = 0,41.10-4 (при ).

Интеграл предельной {нагрузки|перегрузки}:

, (32)

Ударный неповторяющийся ток тиристора в открытом состоянии (в {соответствии|согласовании} с табл. 3) ITSM = 4 кА.

По значению ударного тока ITSM {может быть|быть может} определён защитный показатель –тока синусоидальной формы за время полупериода напряжения сети:

, (33)

Из {сравнения|сопоставления} видно, что тиристор не выдерживает ударный ток: ITSM < Iуд; WT > W. {Необходима|Нужна} установка предохранителей.

Проведём {предварительный|подготовительный} выбор предохранителя. Номинальное линейное напряжение на вторичной стороне трансформатора U2Л = 205 В. Действующее

(34)

{Выбранный|Избранный} предохранитель типа ПП57-3137 на номинальное напряжение 220 В, номинальный ток 100 А с плавкой вставкой на 100 А [1] обеспечивает защиту тиристоров от тока {короткого|недлинного} замыкания. Тем не {менее|наименее}, применим параллельное соединение {двух|2-ух} тиристоров. {При этом|При всем этом} действующее

(35)

Где Кв – число параллельно соединенных вентилей;

При перегрузке действующее

(36)

По времятоковым {характеристикам|чертам} видно, что плавкая вставка выдержит эту перегрузку в течение {более|наиболее} 10 мин, что {значительно|существенно} больше {заданного|данного} времени (tП = 2 с). {Таким|Таковым} образом, {выбранная|избранная} плавкая вставка обеспечивает работу преобразователя при {заданных|данных} {нагрузках|отягощениях}.

Проверим условие защиты тиристора на токи {короткого|недлинного} замыкания. Действующее

, (37)

Тогда по {характеристикам|чертам} для интеграла отключения и тока, ограниченного предохранителем [1] найдем при I0 = Iуд.д: Wпр = 0,9.104 А2.с; Iпр = 4 кА.

{Учитывая|Беря во внимание}, количество параллельно включенных вентилей nв и коэффициента неравномерности распределения токов по вентилям КВ, получим:

{Максимальная|Наибольшая} амплитуда аварийного тока через «здоровый» тиристор, которая ограничивается предохранителем, не {должна|обязана} {превышать|превосходить} допустимый ударный ток:

ITSM > I?пр . (38)

{Максимально|Очень} {возможный|вероятный} ограниченный предохранителем интеграл тока через {любой|хоть какой} неповрежденный тиристор должен быть меньше его защитного показателя:

Wt > W?пр . (39)

Оба условия {выполняются|производятся} с {большим|огромным} {запасом|припасом} (4000 А > 2200 А; 87000 А2.с > 2700 А2.с), {следовательно|как следует}, при выходе из строя {одного|1-го} из тиристоров предохранитель обеспечивает защиту {остальных|других}. Применение параллельного соединения {двух|2-ух} тиристоров {обосновано|обусловлено}, {так как|потому что} {иначе|по другому} условия (38) и (39) не {были бы|могли быть} выполнены.

{Теперь|Сейчас} можно считать, что тиристоры и предохранители выбраны {окончательно|совсем}.

4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ВЫБОР СГЛАЖИВАЮЩЕГО РЕАКТОРА

При расчёте индуктивности сглаживающего реактора исходят из допустимого уровня пульсаций выпрямленного тока при установившейся {нагрузке|перегрузке} и номинальном напряжении на {двигателе|движке}.

{Первая|1-ая} гармоника пульсаций имеет {максимальную|наивысшую} величину и {хуже|ужаснее} всего фильтруется, {поэтому|потому} {остальные|другие} гармоники не рассматриваются. Амплитуда первой гармоники пульсаций при {заданном|данном} номинальном напряжении на {двигателе|движке} UН определяется углом управления ?, который можно {определить|найти}, преобразовав уравнение {внешней|наружной} {характеристики|свойства}. {Вместо|Заместо} rт подставим половинное значение, {так как|потому что} два тиристора объединены параллельно.

,(40)

Где Udo max – выпрямленное напряжение при {максимальном|наивысшем} напряжении сети;

Udo max = 2,34 . Кс max. U2H, (41)

Udo max = 2,34 . 1,1 . 118,4 = 305 В.

{следовательно|как следует} ? = 40 град. эл.

Амплитудное

,(42)

где m – пульсность; для трёхфазной мостовой схемы m = 6.

{Необходимая|Нужная} индуктивность цепи выпрямленного тока Ld {может быть|быть может} определена по напряжению Udm(1) и {заданному|данному} коэффициенту пульсаций q:

(43)

{Так как|Потому что} Ld > Lя , то {необходима|нужна} установка реактора с индуктивностью:

L > Ld – Lя . (44)

Расчетная индуктивность сглаживающего реактора:

L = 12,2.10-3 – 3,9.10-3 = 8,3.10-3 Гн.

Номинальный ток реактора ILH должен быть больше тока IУ.

{Выбираем|Избираем} реактор СРОС-200/0,5 на номинальный ток ILH = 800А с индуктивностью LL = 15 мГн и активным сопротивлением обмотки rL = 20 мОм [1].

Допустимый ток реактора в течении 10 с при перегрузке 150%:

Iп доп = 2,5 . LLH , (45)

Iп доп = 2,5 . 200 = 500 А.

Реактор выдержит перегрузку, {так как|потому что} ток перегрузки {двигателя|мотора} IП меньше по величине и по {длительности|продолжительности} (346,5 А < 500 А, 2 с < 10 c).

Общая индуктивность в цепи выпрямленного тока:

Ld = Lя + LL , (46)

Ld = 3,9.10-3 + 15.10-3 = 18,9 мГн.

Индуктивное сопротивление:

xd = ? . Ld , (47)

xd = 314 . 18,9.10-3 = 5,9 Ом.

Напряжение на {двигателе|движке} при {минимальном|наименьшем} напряжении сети и токе IУ:

,(48)

Напряжение U > UH (232,6 В > 220 В), {следовательно|как следует}, выпрямитель обеспечивает {заданный|данный} режим.

5. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНИХ, РЕГУЛИРОВОЧНЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

На {основе|базе} математического описания [1] разработана {программа|программка} расчёта {внешних|наружных}, регулировочных, энергетических и ограничительных {характеристик|черт} преобразователя, {с помощью|при помощи} которой построены {характеристики|свойства} на ЭЦВМ. Также строятся {внешняя|наружная} и ограничительная {характеристики|свойства}, рассчитанные приближенным {методом|способом} при пренебрежении активными сопротивлениями. Для напряжения UЗ, равного 220 В, расчетом {с помощью|при помощи} ЭЦВМ определен угол ? = 40 град. эл. Для этого угла произведен расчёт.

Напряжение на холостом ходу в {прерывистом|прерывающемся} режиме:

(49)

Где ;

nг – число групп вентилей; для трёхфазной мостовой схемы nг = 2.

Напряжение на холостом ходу в {идеальном|безупречном} выпрямителе в непрерывном режиме:

(50)

Тогда граничный ток определяется формулой:

(51)

Где X? = nг.Xa + Xd – суммарное индуктивное сопротивление в цепи преобразователя.

Уравнение {внешней|наружной} {характеристики|свойства} в непрерывном режиме:

(52)

Тогда при Id = Id гр = 2,66 А,

при Id = IУ = 68 А,

По двум точкам строим {внешние|наружные} {характеристики|свойства} в {прерывистом|прерывающемся} и непрерывном режиме.

Уравнение ограничительной {характеристики|свойства}:

(53)

Где ?min – {минимально|мало} допустимый угол выключения; принимаем ?min = 15°.

Тогда при Id = 0,

при Id = IУ = 68 А,

{характеристики|свойства} построенные приближенным {методом|способом} {практически|фактически} совпадают с {характеристиками|чертами}, {полученными|приобретенными} {с помощью|при помощи} ЭЦВМ. Можно {сделать вывод|прийти к выводу}, что приближенный {метод|способ} {пригоден|подходящ} для расчёта и активное сопротивление {мало|не достаточно|не много} влияет {на вид|с виду} {внешних|наружных} {характеристик|черт}.

6. анализ ПОЛУЧЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

{Внешние|Наружные} {характеристики|свойства} построены для {разных|различных} углов в режимах {прерывистого|прерывающегося} и непрерывного тока (рис. 5, 6). Для наглядности {характеристики|свойства} в {прерывистом|прерывающемся} и непрерывном режиме построены в {разных|различных} масштабах. На графиках видно, что чем больше угол управления, тем ниже идёт {характеристика|черта}.

Ограничительная {характеристика|черта} (рис. 5, 6) также, как и {внешние|наружные}, построена для {одного|1-го} {комплекта|набора} двухкомплектного преобразователя ({комплекта|набора} «Вперёд»). Она представляет собой прямую и ограничивает область устойчивой работы преобразователя. {Энергетические|Энерго} {характеристики|свойства} для КПД, коэффициента мощности ?, коэффициента несинусоидальности тока ?, cos(?) в функции тока построены на общем графике для угла ? (рис. 10), {соответствующего|соответственного} номинальному напряжению на {двигателе|движке} при токе IУ. {Энергетические|Энерго} {характеристики|свойства} для этих же {показателей|характеристик} в функции напряжения строятся при {постоянном|неизменном} токе IУ.Из графика зависимости ? = f(I) при {разных|различных} углах управления (рис. 9) видно, что при угле управления ? = 87,4 град. эл. и токе I=Iу=68 А КПД спадает до нуля, {так как|потому что} при этих {условиях|критериях} напряжение на {двигателе|движке} равно нулю, {то есть|другими словами} {полезная|нужная} мощность равна нулю. При токе I > Iу КПД остается равной нулю, {так как|потому что} потребляемая мощность положительная, а напряжение на {двигателе|движке} отрицательное. При углах управления ? = 33 град. эл. и ? = 137,9 град. эл., обеспечивающих напряжение ±220 В, графики КПД в инверторном и выпрямительном режимах совпадают. Аналогично, {практически|фактически} совпадают графики КПД при углах управления ? = 63,7 град. эл. и ? = 110,3 град. эл., но проходят ниже {предыдущих|прошлых}. {Кроме|Не считая} того, графики КПД в {некоторой|некой} точке {достигает|добивается} {максимального|наибольшего} значения, а {затем|потом} несколько спадают.Из графиков зависимостей ? = f(I), ? = f(I), cos ? = f(I) видно, что с {увеличением|повышением} тока значения функций ? = f(I) и cos ? = f(I) уменьшаются, а ? = f(I) {увеличиваются|растут}. При I = const и {увеличения|роста} модуля напряжения cos ? и ? {возрастают|растут}, а ? не {изменяется|меняется}.

Регулировочные {характеристики|свойства} преобразователя {вместе|совместно|вкупе} с системой управления U = f(Uупр) построены для {различных|разных} напряжений смещения Uсм (рис. 12-16). При Uсм=0 угол согласования 0 = 90 град. эл., {поэтому|потому} в режиме непрерывного тока {характеристики|свойства} комплектов {практически|фактически} совпадают, что обеспечивает {высокое|высочайшее} {качество|свойство} регулирования. {Однако|Но}, в режиме {прерывистого|прерывающегося} тока {характеристики|свойства} {неоднозначны|разноплановы}. При увеличении Uсм растёт ?0 и {характеристики|свойства} комплектов {расходятся|расползаются}, затягивается время переключения и {качество|свойство} регулирования {уменьшается|миниатюризируется}. {Поэтому|Потому} угол {начального|исходного} согласования {нужно|необходимо} выбирать из {компромиссных|примирительных} {соображений|суждений}. В системах с {повышенными|завышенными} требованиями к качеству регулирования устанавливают 0 = 95…100°,а в массовом электроприводе 0 = 105…115°. {Поэтому|Потому} {выбираем|избираем} 0 = 110°.

7. ПОСТРОЕНИЕ ВРЕМЕННЫХ ДИАГРАММ

Построение временных диаграмм {производится|делается} при номинальном напряжении сети для угла ? = 63,7 град. эл, обеспечивающего при токе IУ напряжение на {нагрузке|перегрузке}, равное 110 В. Этот угол определён при расчете {внешних|наружных} {характеристик|черт}.

Угол коммутации:

,(54)

На диаграммах фазных ЭДС за нуль принят потенциал нуля трансформатора. На диаграммы наносятся ординаты, {соответствующие|надлежащие} углам ? и ? для анодной и катодной групп вентилей. На участке коммутации вторичное напряжение идет по кривой, делящей ординаты {между|меж} фазными ЭДС, участвующими в коммутации, {пополам|напополам}.

При построении диаграммы выпрямленного напряжения за нуль принят потенциал общего анода.

При построении токов принимается, что Ld = ? и межкоммутационные участки горизонтальны.

При построении напряжения на вентиле потенциал общего катода принимается равным нулю.

{Рисунок|Набросок} 5. {Внешние|Наружные} и ограничительная {характеристики|свойства}, построенные {с помощью|при помощи} {ЭВМ|ЭВМ } и {полученные|приобретенные} приближенным расчетом

{Рисунок|Набросок} 6. {Внешние|Наружные} и ограничительная {характеристики|свойства}, построенные {с помощью|при помощи} {ЭВМ|ЭВМ } в большем масштабе по току и приближенная {внешняя|наружная} {характеристика|черта} в области {прерывистого|прерывающегося} тока

{Рисунок|Набросок} 7. Регулировочные {характеристики|свойства} преобразователя U = f(?), {полученные|приобретенные} {с помощью|при помощи} {ЭВМ|ЭВМ }

{Рисунок|Набросок} 8. Регулировочные {характеристики|свойства} преобразователя U = f(Uупр), {полученные|приобретенные} {с помощью|при помощи} {ЭВМ|ЭВМ } (при Uсм = 0)

{Рисунок|Набросок} 9. {Энергетические|Энерго} {характеристики|свойства} преобразователя ? = f(Id) для {разных|различных} {заданных|данных} напряжений, {полученные|приобретенные} {с помощью|при помощи} {ЭВМ|ЭВМ }

{Рисунок|Набросок} 10. {Энергетические|Энерго} {характеристики|свойства} при изменении тока {нагрузки|перегрузки}, {полученные|приобретенные} {с помощью|при помощи} {ЭВМ|ЭВМ }

{Рисунок|Набросок} 11. {Энергетические|Энерго} {характеристики|свойства} при регулировании напряжения на якоре {двигателя|мотора}, {полученные|приобретенные} {с помощью|при помощи} {ЭВМ|ЭВМ }

{Рисунок|Набросок} 12. Регулировочные {характеристики|свойства} двухкомплектного реверсивного преобразователя U = f(Uупр) при Uсм=0 В

{Рисунок|Набросок} 13. Регулировочные {характеристики|свойства} двухкомплектного реверсивного преобразователя U = f(Uупр) при Uсм=0,5 В

{Рисунок|Набросок} 14. Регулировочные {характеристики|свойства} двухкомплектного реверсивного преобразователя U = f(Uупр) при Uсм=1 В

{Рисунок|Набросок} 15. Регулировочные {характеристики|свойства} двухкомплектного реверсивного преобразователя U = f(Uупр) при Uсм= -0,5 В

{Рисунок|Набросок} 16. Регулировочные {характеристики|свойства} двухкомплектного реверсивного преобразователя U = f(Uупр) при Uсм= -1 В

ЛИТЕРАТУРА

1. Гельман М. В. Проектирование тиристорных преобразователей для электроприводов {постоянного|неизменного} тока. Учебное пособие. -Челябинск: ЧГТУ, 1996.-91 с.

2. Гельман М. В. Альбом схем по преобразовательной технике. -Челябинск: ЧПИ, 1992.-60 с.

4. Предохранители плавкие серии ПП57: каталог 07.04.07 – 84. Электротехника {СССР|СССР }. -М.: Информэлектро,1985. -12 с.

]]>

Министерство образования Русской Федерации

Южно-Уральский муниципальный институт

Кафедра ЭПА

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту на тему:

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХКОМПЛЕКТНОГО РЕВЕРСИВНОГО ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ»

Выполнил: Юрченко К.Н..

Группа: зф-324-с

Вариант: 12

Проверил: Гельман М. В.

Челябинск

2006

ВВЕДЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

1. Задание

2. Выбор силового трансформатора

2.1 Расчёт характеристик и выбор силового трансформатора

2.2 Проверка избранного трансформатора

3. Выбор тиристоров

3.1 Подготовительный выбор тиристоров

3.2 Выбор предохранителей и проверка тиристоров на токи недлинного замыкания

4. Расчёт характеристик и выбор сглаживающего реактора

5. Расчёт и построение наружных, регулировочных и энергетических черт преобразователя

6. анализ приобретенных черт

7. Построение временных диаграмм

Заключение

Литература

1. ЗАДАНИЕ

Набросок 1. График перегрузки для двухкомплектного преобразователя

где IПВ, IПИ – токи перегрузки в выпрямительном и инверторном режимах;

IУВ, IУИ – установившиеся токи в выпрямительном и инверторном режимах;

tПВ, tПИ – продолжительности перегрузок в выпрямительном и инверторном ре жимах;

tУВ, tУИ – продолжительности установившихся нагрузок выпрямительном и инверторном режимах;

tЦ – время цикла;

Таблица 1. Начальные данные

Тип мотора

Д 806

Номинальная мощность мотора PН, кВт

Номинальное напряжение мотора UН, В

220

время цикла tЦ, с

Время перегрузки tП, с

1,5

Время установившейся перегрузки tУ, с

время паузы меж выпрямительным и инверторным режимом t0, с

Номинальный ток мотора IН, А

165

Отношение тока перегрузки к номинальному току мотора IП/IН

2,1

Отношение установившегося тока к номинальному току мотора IУ/IН

0,9

Активное сопротивление якоря rЯ, Ом

0,0532

Индуктивность якоря мотора LЯ, мГн

3,9

Частота вращения n, о/мин

980

Для упрощения расчётов принято:

IПВ1=IПИ2=IП; IУВ1=IУ; IПВ2=IПИ1=0,6.IП; IУВ2=0,6.IУ

tПВ1=tПВ2=tПИ1=tПИ2=tП; tУВ1=tУВ2=tУ.

Опорное напряжение в системе управления линейное (пилообразное).

Проектирование преобразователя выполнить при последующих технических критериях:

а) Номинальное линейное напряжение сети UСН = 380 В;

б) Колебания напряжения сети ± 10%;

г) схема выпрямления – трёхфазная мостовая;

д) коэффициент пульсаций тока q при токе установившейся перегрузки IУ не наиболее 2% ;

е) температура окружающей среды Tа = +40° C; остывание воздушное (естественное и принудительное);

ж) амплитуда опорного напряжения в системе импульсно-фазового управления 10 В.

2. ВЫБОР СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

2.1 Расчёт характеристик и выбор силового трансформатора

, (1)

KU – коэффициент схемы (для трехфазной мостовой схемы KU = 2,34);

KCmin – коэффициент, учитывающий допустимое снижение напряжения сети до UCmin,

; (2)

;

В каталогах на трансформаторы обычно указывается линейное вторичное напряжение:

, (3)

Расчетное

, (4)

Тогда по формуле (4):

;

Расчётный коэффициент трансформации:

, (5)

;

Расчётное

, (6)

;

Расчётное значение типовой мощности трансформатора:

, (7)

;

По расчётным данным при помощи [1] избираем трансформатор, имеющий характеристики, удовлетворяющие условиям:

U1ЛН = UСН ; SТН > SТ ; U2ЛН > U2Л ; I2Н > I2 ;

Характеристики избранного трансформатора приведены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристики трансформатора

Тип трансформатора

ТСП-63/0,7

Номинальная мощность SТН , кВт

Номинальное напряжение

силовой обмотки U1ЛН , В

380

вентильной обмотки U2ЛН , В

205

Номинальный ток вентильной обмотки I2Н , А

164

Напряжение недлинного замыкания UК , %

5,5

ток холостого хода IХХ , %

Утраты

холостого хода PХХ , Вт

300

недлинного замыкания PКЗ , Вт

1900

2.2 Проверка избранного трансформатора

, (9)

; (10)

Беря во внимание, что получим:

, (11)

(12)

где UТ (ТО) , rТ – пороговое напряжение и дифференциальное сопротивление тиристора в открытом состоянии;

rL – активное сопротивление сглаживающего реактора.

При расчёте заместо Id следует подставить

,(13)

Где UТМ – импульсное напряжение в открытом состоянии тиристора (можно за ранее принять UТМ = 2 В).

U > UН на 12,7 В, как следует избранный трансформатор обеспечивает нужное напряжение на движке.

ток, потребляемый движком при наибольшей перегрузке:

Вторичный ток трансформатора при данной перегрузке в течение 2 с:

, (14)

Допустимый вторичный ток трансформатора в течение 10 с при перегрузке 150%:

, (15)

,(16)

3. ВЫБОР ТИРИСТОРОВ

3.1 Подготовительный выбор тиристоров

, (17)

где .

;

UDWM = URWM > 335,6 В (условие 1).

UDWM = 0,8. UDRM ; URWM = 0,8. URRM;(18)

Из условия 1:

UDSM = URSM = (1,5…2).KS. Ua max,(19)

UDSM = URSM = 469,8 В.

UDSM = KНЕП . UDRM ; URSM = KНЕП . URRM; (20)

В данной работе примем KНЕП = 1,12. Тогда по формуле (20) циклическое импульсное напряжение

Округлив это

Средний ток вентиля при перегрузке:

(21)

ITAV = K?.Kf.KT.Kv.ITAVm , (22)

Kf – коэффициент, учитывающий воздействие частоты; при частоте 50 Гц Kf = 1;

KT – коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды Ta; при Ta < 40°C можно принять KT = 1;

UDSM = KНЕП . UDRM ; URSM = KНЕП . URRM; (20)

В данной работе примем KНЕП = 1,12. Тогда по формуле (20) циклическое импульсное напряжение

Округлив это

Средний ток вентиля при перегрузке:

(21)

ITAV = K?.Kf.KT.Kv.ITAVm , (22)

Kf – коэффициент, учитывающий воздействие частоты; при частоте 50 Гц Kf = 1;

KT – коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды Ta; при Ta < 40°C можно принять KT = 1;

, (23)

По [1] избираем тиристор типа Т133-400 (охладитель О143-150 ). Характеристики тиристора приведены в таблице 3.

Таблица 3. Характеристики тиристора типа Т161-160