Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тиристорный преобразователь постоянного тока

Введение

тиристорный реактор преобразователь двигатель

Тиристорные преобразователи (ТП) служат для преобразования переменного напряжения (тока) в постоянное, постоянного напряжения (тока) в переменное. Основными характеристиками ТП являются коэффициент полезного действия, коэффициент мощности и другие энергетические характеристики.

В вентильном электроприводе постоянного тока широкое распространение получили реверсивные преобразователи.

В реверсивных тиристорных электроприводах наибольшее распространение получила встречно-паралельная схема соединения вентильных групп, так как она имеет ряд преимуществ перед другими схемами: во-первых, содержит простой двухобмоточный трансформатор, который может быть применен как в реверсивном, так и в нереверсивном электроприводе, и имеет наименьшую типовую мощность по сравнению с трансформаторами в других схемах; во-вторых, может питаться непосредственно от трехфазной сети через анодные токоограничивающие реакторы; в-третьих, позволяет унифицировать конструкцию реверсивного и нереверсивного электропривода.

Достоинства полупроводниковых преобразовательных устройств, к которым относится и тиристорные преобразователи постоянного тока, по сравнению с другими преобразователями неоспоримы: они обладают высокими регулировочными характеристиками и энергетическими показателями, имеют малые габариты и массу, просты и надежны в эксплуатации. Кроме преобразования и регулирования тока и напряжения обеспечивается бесконтактная коммутация токов в силовых цепях.

Совершенствование силовых полупроводниковых приборов и оптимальное сочетание их параметров с режимами преобразователя при его проектировании, использование эффективных методов исследования преобразователей способствуют разработке преобразовательных устройств с высокими технико-экономическими показателями.

Исходные данные проекта

1. Встречно-паралельная схема реверсивного тиристорного преобразователя с совместным управления тиристорными группами (ТГ) и токоограничивающим реактором (ТОР) (рис. 1.1).

2. Технические данные мотора постоянного тока 2ПФ200LT, на который работает тиристорный преобразователь:

номинальная мощность

номинальное напряжение якоря

номинальная скорость

з=85% КПД

сопротивление обмотки якоря

сопротивление обмотки добавочных полюсов

3. Параметры питающей сети:

колебания напряжения питающей сети

частота питающей сети

допустимая величина уравнительного тока



Рисунок 1.1 - Схема тиристорного преобразователя

Задание к проекту

При выполнении курсового расчета для системы ТП-Д необходимо проработать следующие вопросы:

1) рассчитать параметры и выбрать элементы силовой схемы тиристорного преобразователя (трансформатор или токоограничивающий реактор, вентили, уравнительный реактор (УР) и / или сглаживающий дроссель (СД), защитные элементы и аппаратуру). Выбрать и привести структурную и полную принципиальную электрическую схему СИФУ преобразователя с подробным описанием ее работы и назначения всех элементов, а также схему электронных защит;

2) в соответствии с типом силовой схемы преобразователя, способом управления тиристорными группами (ТГ), особенностями схемы СИФУ рассчитать и построить:

а) регулировочные характеристики ТП:

E _d =f (), U _d =f (), = f (U _У), E _d = f (U_У),

где E _d, U _d - соответственно ЭДС и напряжение на выходных зажимах ТП;

U_У - напряжение управления, подаваемое на входные клеммы ТП; - угол регулирования, определяющий момент принудительного включения вентилей относительно точек их естественного отпирания;

б) внешние характеристики ТП U _d =f (I_Д) для углов , соответствующим следующим значениям ЭДС на двигателе: U_ДН; 0,75U_ДН; 0,5U_ДН; 0,25U_ДН;

U_ДН = 0, где U_ДН - номинальное значение напряжения на обмотке якоря двигателя. Показать эти графики с учетом режима прерывистого тока (т.е. показать зону прерывистого тока с примерным видом или рассчитанными зависимостями внешних характеристик в этой зоне), если таковой имеет место в данном ТП;

в) ограничительные зависимости на семействе внешних характеристик для инверторного режима работы ТП: U _d =f (I_d) при д_min=const, а также I_{MAX тир}=const;

г) при наличии зоны прерывистых токов - совмещенные временные диаграммы кривых

e _d (), iR _Д (), E _d (), i () для трех случаев (номинальный, граничный и прерывистый токи) при = const, где = _Сt;

д) зависимость полной мощности и ее составляющих, дисторции, коэффициента мощности от угла : S, P, Q, D. ч=f () для режима непрерывного тока I_d, а также определить номинальное значение КПД, рассчитать и построить зависимости з=f(I_d) при =_ном и з=f() при I_d=I_dном;

е) электромеханические (скоростные) характеристики при значениях из пункта 2б программы для всех режимов протекания тока нагрузки;

ж) временные диаграммы кривой выпрямленной ЭДС при номинальном значении угла _н и кривой входной ЭДС в инверторном режиме при соответствующем угле в;

з) проанализировать структурную схему СИФУ преобразователем, описать назначение блоков, их взаимодействие в структуре. Привести принципиальную электрическую схему СИФУ, описать её работу на основе временных диаграмм, пояcняющих ее принцип работы.

1. Проектирование силовой схемы тиристорного преобразователя

1.1 Определение ЭДС на выходе ТП и фазного напряжения питающей сети

Выражение для определения значения ЭДС на выходе ТП при номинальном режиме работы и при непрерывном токе на предварительном этапе расчета имеет вид:

,

где - номинальное значение ЭДС двигателя:

,

здесь U_ДН - номинальное напряжение на якоре электродвигателя;

- номинальный ток электродвигателя, рассчитывается по формуле:

;

R_Я80° - активное сопротивление двигателя с учетом сопротивления якоря, компенсационной обмотки и добавочных полюсов, приведенное к рабочей температуре 80⁰С:

.



- суммарное активное сопротивление цепи выпрямленного тока.

На данном этапе проектирования

.

- минимальный (номинальный) угол регулирования, соответствующий номинальному режиму электропривода (ЭП). В случае, когда к проектируемому электроприводу предъявляются высокие требования в отношении быстродействия при отработке разного рода возмущений за счёт изменения напряжения преобразователя (динамический запас ), величину следует принимать равной 25 - 30°. Если особых требований в отношении динамических показателей электропривода не предъявляется, то значение угла =15 - 20°. Принимаем ;

- падение напряжения на тиристоре, ориентировочно на предварительном этапе расчета можно принять =1,8-2,1 В. Принимаем =2 В.

, , - расчётные коэффициенты, зависящие от схемы выпрямления.

=2; =0,0025; =0,0052; =0,0043;

p=6; =2.

- коэффициент, учитывающий соотношение мощности системы ТП-Д и питающей сети. Если эти мощности соизмеримы, то выбирают в пределах 1.3 - 1.5. Это относится, в основном, к мощным приводам. При проектировании маломощных электроприводов (до 10 кВт) и электроприводов средней мощности величину уменьшают до 1,0 - 1,2. Коэффициент принимается равным ;

- напряжение короткого замыкания, принимается равным %,

- потери в меди реактора, принимается равным %.

Определяется расчетное значение фазного напряжения сети:

1.2 Расчет и выбор тиристоров

В схемах статических преобразовательных устройств силового типа широко применяются тиристоры, которые являются нелинейными электрическими ключами, работающими в функции тока управления.

Выбор тиристора по напряжению и определение его класса осуществляется для мостовой схемы на основании следующей расчетной формулы:

где N - число последовательно соединенных и одновременно находящихся в работе тиристоров в эквивалентной схеме ТП, N==2;

- коэффициент равномерности деления напряжения по последовательно соединенным тиристорам (при N?2, );

- коэффициент нагрузки, предварительно принимается .

Расчетное значение округляется до сотен, полученное число делится на 100В, результат деления - это класс тиристора.

ROUND=500, класс тиристора соответствует отношению 500В/100В=5.

Выбор тиристора по току должен производиться на основании величины максимального среднего значения тока, проходящего через прибор:

где - коэффициент перегрузки по току двигателя;

- номинальный ток якоря.

По данным расчета выбирается тиристор Т112-10-5:

- отпирающий постоянный ток управления

- отпирающее постоянное напряжение управления

- напряжение открытого состояния

- максимально допустимый средний ток в открытом состоянии

- максимальное обратное напряжение

- критическая скорость нарастания тока

- ударный ток в открытом состоянии

- время запирания тиристора.

1.3 Расчет индуктивности и выбор токоограничивающего реактора

В тиристорных преобразователях ТОР служат для ограничения токов к.з., снижения взаимного влияния работающих от общей сети ТП и уменьшения скорости нарастания тока в тиристорах при коммутации.

Выбор токоограничивающего реактора производится следующим образом.

Определяется величина индуктивности реактора для ограничения значения на уровне допустимого по условию:

где - количество последовательно и одновременно включаемых в работу тиристоров в ТП;

- коэффициент запаса;

Индуктивное сопротивление фазы реактора:

;

Полное сопротивление реактора и активное сопротивление фазы реактора не учитывать.

ТОР подключают к сети через автоматический выключатель.

1.4 Расчет и выбор уравнительных реакторов

В двухкомплектных реверсивных преобразователях при совместном управлении ТГ из-за неравенства мгновенных значений напряжений возникают статические уравнительные токи. Для их ограничения, а также для ограничения скорости нарастания аварийного тока при опрокидывании инвертора, в уравнительном контуре устанавливаются реакторы (УР).

Требуемая индуктивность уравнительного реактора, исходя из заданного допустимого значения уравнительного тока I_ур определяется:



где - амплитуда линейной э.д.с. или напряжения для трехфазной встречно-параллельной схемы;

щ_с - угловая частота питающей сети (щ_с=314 с^-1);

I_ур - действующее значение уравнительного тока

К_Д - коэффициент действующего значения , определяемый видом преобразователя и диапазоном изменения угла регулирования б, б определяется из выражения:

- постоянная двигателя при

- номинальная частота вращения вала двигателя;

- ток холостого хода двигателя;

где - КПД машины;

- минимальная частота вращения вала машины



- эквивалентное активное сопротивление преобразователя

- индуктивное сопротивление фазы токоограничивающего реактора,

по рис. 1.2 (для трехфазной встречно-параллельной схемы график 2) определяется К_Д=0,17.

Рисунок 1.2 - Зависимость коэффициента К_Д от угла регулирования.

Выбраны реакторы, не насыщающиеся от основного тока. Их необходимо установить в цепи каждой ТГ. При этом значение индуктивности каждого из них задается равной половине от общего расчетного значения, т.е. и это значение учитывается при расчете полной индуктивности преобразователя.

.

Определяется активное и индуктивное сопротивление фазы уравнительного реактора:

1.5 Расчет и выбор сглаживающего дросселя

В тиристорном электроприводе дроссели служат для уменьшения зоны прерывистых токов, сглаживания пульсаций выпрямленного тока; для ограничения скорости нарастания тока и величины тока при аварийных режимах работы.

Сглаживающий дроссель (СД) включается последовательно с якорем двигателя, и его индуктивность выбирается для выполнения следующих условий:

а) сглаживание пульсаций выпрямленного тока до требуемой величины, обеспечивающей удовлетворительную коммутацию двигателя;

б) обеспечение непрерывного выпрямленного тока при минимальной нагрузке на валу МПТ (исключение: РТП с совместным управлением). Так как в данной схеме прерывистые токи отсутствуют, то второе условие не проверяется.

Индуктивность сглаживающего дросселя находится по уравнению

где - наибольшее из двух значений критической индуктивности, обеспечивающих выполнение перечисленных выше условий, Гн;

- индуктивность якоря двигателя, Гн:

- эмпирический коэффициент, для компенсированных машин =0,1-0,25;

- число пар полюсов;

- номинальное напряжение, ток, частота вращения двигателя;

- номинальная скорость вращения, об/мин;

- индуктивность сетевого реактора.

Критическая индуктивность, обеспечивающая выполнение первого условия (сглаживание пульсаций), находится по уравнению:

где - амплитуда основной гармонической выпрямленной ЭДС

 - амплитуда основной относительной гармонической ЭДС (в о.е.) в функции угла (рис. 1.3), определяется при =87°;

;

Рисунок 1.3 - Зависимость относительной гармонической ЭДС в функции от угла для различных схем (р=m)

- допустимое действующее значение основной гармоники переменной составляющей выпрямленного тока, обычно 2-15%. Меньшее значение берется для двигателей большей мощности. Для двигателей малой и средней мощности принимается 8-15%, так как такое увеличение, не влияя на коммутацию двигателя, снижает габариты СД. Принимаем .

Определяем индуктивность сглаживающего дросселя:



Т.к. с отрицательным знаком, то нет необходимости в установке сглаживающего дросселя.

2. Выбор СИФУ

2.1 Описание структурной и электрической принципиальной схемы СИФУ

Схема формирования управляющих импульсов (рис. 2.1) служит для формирования и распределения управляющих импульсов на тиристоры силовой схемы и состоит из 6 идентичных каналов управления. На рис. 2.1 представлена схема канала фазы А1. Работа этой и других схем формирования управляющих импульсов иллюстрируется рис. 2.2, на котором показаны процессы изменения напряжений во времени в различных точках СИФУ и вторичных обмотках трансформатора Тр13 и Тр14, а также векторные диаграммы напряжений переменного тока, которые поясняют процесс формирования управляющих импульсов. На временных и векторных диаграммах рис. 2.2 более жирными линиями показаны напряжения и соответствующие им вектора, которые используются для формирования управляющих импульсов для силовых тиристоров фазы А1. Напряжение U_0-6 с выходной обмотки Тр14, сдвинутое на 90° в сторону опережения относительно напряжения А1 (рис. 2.2 г.), подается на фазосдвигающую цепочку, выполненную на элементах R101, R102, С101. Регулировкой сопротивления резистора R101 обеспечивается сдвиг напряжения на конденсаторе С101 (точка 17А) относительно напряжения А1 на 25° в сторону опережения (рис. 2.2 ж).

Временные и векторные диаграммы напряжений в точках 17А-17Е показаны на рис. 2.2, д, е. Каждое из этих напряжений является опорным для формирования управляющих импульсов силовых тиристоров и сдвинуто в сторону опережения относительно напряжений соответствующих фаз на угол 25°; А1-17А; В1-17Б; С1-17В; Х1-17 Г.; Y1-Г7Д; Z1-17Е. Напряжение синусоидальной формы (точка 17А) поступает на вход нуль-органа А101, на выходе которого происходит переключение напряжения с одной полярности на другую в моменты прохождения нуля синусоидальным напряжением в точке 17А (рис. 9 з). При наличии управляющего напряжения с выхода регулятора тока, например, положительной полярности моменты переключения выходного напряжения нуль-органа будут соответственно изменяться в ту или другую сторону относительно моментов прохождения нуля напряжением в точке 17А, что обеспечивает сдвиг влево угла регулирования выпрямительной и вправо инверторной групп силовых тиристоров.

С помощью дифференцирующей цепочки R105, С105, С106, R108 из перепадов выходного напряжения нуль-органа формируются разнополярные импульсы (рис. 2.2, и). После усиления положительного импульса 1 транзистором Т10З на вторичной обмотке Тр01 формируется импульс для управления тиристором катодной группы Д01 (рис. 2.2, к). Отрицательный импульс 2 (рис. 2.2, и) после инвертирования транзистором Т101 и усиления транзистором Т102 обеспечивает формирование на вторичной обмотке Тр02 импульса для управления тиристором анодной группы Д02 (рис. 2.2, л). Ширина управляющих импульсов 10-15°эл. Поступление напряжения питания (точка 128 источника питания) на выходные каскады СИФУ производится через контакт реле 1Р2 после его срабатывания.



Рисунок.2.2 - Согласование по фазе напряжений силовой и управляющей цепей (фазировка) ТП



Рисунок 2.3 - Схема защиты

2.2 Защита СИФУ

Схема защиты (рисунок 2.3) предназначена для осуществления защиты электропривода от неправильного чередования фаз питающей сети, обрыва любой из фаз, исчезновения стабилизированного напряжения источника питания, перегрева электродвигателя типа ПБВ.

Схема защиты состоит из выходных реле Р1 и Р2 с транзисторным ключом Т908 и индикатора Д914, схемы совпадения на элементах Д910, Д911, R925, R926, R919 и Т907, транзисторных ключей Т905, Т906 с соответствующими входными элементами.

В исходном состоянии транзистор Т907 заперт, а транзистор Т908 открыт за счет протекания базового тока по цепи: общ. провод. При нажатии кнопки «Пуск» включаются реле Р1 и Р2, получая питание от нестабилизированного выхода источника питания(128) через открытый ключ Т908. Нормальной работе привода соответствует свечение светодиода Д914. При включении реле Р1 размыкается общая цепь обратной связи РС и РТ, подготавливая их к работе, а при включении реле Р2 подается напряжение на выходные каскады СИФУ, после чего управляющие импульсы начинают поступать на тиристоры силовой схемы - происходит запуск электропривода.

В аварийных ситуациях транзистор Т908 закрывается, обеспечивая отключение реле Р1 и Р2.

3. Расчет и построение характеристик ТП и системы ТП-двигатель

Основными характеристиками ТП являются: фазовая регулировочная характеристика или , характеристика управления и внешняя характеристика или .

3.1 Построение регулировочной характеристики

Выпрямленная ЭДС ТП является функцией угла регулирования , который отсчитывается от точки естественного включения вентилей, и в режиме непрерывного тока определяется общим уравнением регулировочной характеристики:

где - максимальная ЭДС ТП при б=0,

Пример расчета:

Регулировочная характеристика ТП имеет вид:

,

Пример расчета:

В таблице 3.1 представлены данные для построения регулировочной характеристики.

Таблица 3.1 - Расчетные данные регулировочной характеристики

б, град	, В	, В
0	578,4	574,4
20	543,5	539,5
40	443,1	439,1
60	289,2	285,2
80	100,4	96,4
90	0	-4
100	-100,4	-104,5
120	-289,2	-293,2
140	-443,1	-447,1
160	-543,5	-547,5
180	-578,4	-582,4

Регулировочная ТП характеристика ТП с опорным синусоидальным напряжением СИФУ в режиме непрерывного тока приведена на рис. 3.1.



Рисунок 3.1 - Регулировочная характеристика ТП

Номинальный угол управления:

;

3.2 Построение фазовой характеристики

Вид фазовой характеристики СИФУ полностью определяется формой опорного напряжения. При опорном синусоидальном напряжении с амплитудой напряжения (типовое значение ), проходящем через нуль при , угол управления определяется как:

.

Пример расчета:

В таблице 3.2 представлены данные для построения фазовой характеристики.

Таблица 3.2 - Расчетные данные фазовой характеристики

Выпрямительный режим	Инверторный режим
-10	140,3	-10	39,7
-9	133,8	-9	46,2
-8	127,9	-8	52
-7	122,6	-7	57,4
-6	117,5	-6	62,5
-5	112,6	-5	67,4
-4	107,9	-4	72,1
-3	103,3	-3	76,7
-2	98,9	-2	81,2
-1	94,4	-1	85,6
0	90	0	90
1	85,6	1	94,4
2	81,2	2	98,9
3	76,7	3	103,3
4	72,1	4	107,9
5	67,4	5	112,6
6	62,5	6	117,5
7	57,4	7	122,6
8	52	8	127,9
9	46,2	9	133,8
10	39,7	10	140,3

Фазовая характеристика тиристорного преобразователя с синусоидальным опорным напряжением СИФУ в режиме непрерывного тока приведена на рис. 3.2.



Рисунок 3.2 - Фазовая характеристика ТП

3.3 Построение внешней регулировочной характеристики

Внешняя регулировочная характеристика при синусоидальном напряжении:

или

в частном случае, при угле :

Пример расчета:

В таблице 3.3 представлены данные для построения внешней регулировочной характеристики.

Таблица 3.3 - Расчетные данные внешней регулировочной характеристики

Выпрямленный режим	Инверторный режим
-10	-444,9230769	-10	444,9230769
-8	-355,9384615	-8	355,9384615
-6	-266,9538462	-6	266,9538462
-4	-177,9692308	-4	177,9692308
-2	-88,98461538	-2	88,98461538
0	0	0	0
2	88,98461538	2	-88,98461538
4	177,9692308	4	-177,9692308
6	266,9538462	6	-266,9538462
8	355,9384615	8	-355,9384615
10	444,9230769	10	-444,9230769

Внешняя регулировочная характеристика тиристорного преобразователя приведена на рис. 3.3.

Рисунок 3.3 - Внешняя регулировочная характеристика ТП

3.4 Определение минимального и максимального углов регулирования

В блоке СИФУ предусматривается ограничение минимального и максимального углов регулирования, фазировка в соответствии с группой соединения силового питающего трансформатора с дискретностью 30 эл. град, а также установка начального угла согласования а_нач.

Максимальный угол регулирования:

где - угол коммутации при номинальном режиме работы ТП,

где - угол, соответствующий номинальному режиму работы двигателя,

- угол восстановления запирающих свойств тиристоров,

где - время выключения тиристора (справочный параметр),



- наибольшее значение асимметрии управляющих импульсов во всем диапазоне изменения угла регулирования, .

3.5 Построение внешних характеристик

Внешняя характеристика ТП в режиме непрерывного тока в соответствии со схемой замещения системы ТП-Д выражается уравнением:

Строим семейство характеристик для всех режимов работы ТП при углах регулирования , которые соответствуют значениям напряжения U_Д: U_ДН., 0,75U_ДН., 0,5U_ДН., 0,25U_ДН., U_ДН.=0 при номинальном токе .

Для каждого случая определяется угол регулирования из полученного выражения после подстановки в него соответствующего значения U_ДH и тока . Затем для каждого значения угла строится семейство внешних характеристик преобразователя (рис. 3.4).

Пример расчета: при и



В таблице 3.4 представлены данные для построения внешних характеристик.

Таблица 3.4 - Расчетные данные внешних характеристик

	41	429,79235	429,796175
	55,7	319,89635	319,900175
	68	210,00035	210,004175
	79,4	100,10435	100,108175
	90,4	-8,05645	-8,052625
	101,4	-119,68765	-119,683825
	112,8	-229,58365	-229,579825
	125,3	-339,47965	-339,475825
	140	-449,37565	-449,371825



Рисунок 3.4 - Внешние характеристики ТП

3.6 Построение ограничительных характеристик

Для инверторного режима рассчитывается граница предельного (безопасного) режима инвертирования, описываемая приближенно уравнением ограничительной характеристики:

Пример расчета:

В таблице 3.5 представлены данные для построения ограничительной характеристики.

Таблица 3.5 - Расчетные данные ограничительной характеристики

, А	0	8,5
, В	-576,3714698	-576,3791035

Границы инвертирования показаны на рисунке 3.4.

3.7 Временные диаграммы кривой выпрямленной ЭДС и кривой входной ЭДС в инверторном режиме

Статические режимы работы ТП:

Номинальный угол регулирования

Угол коммутации

Максимальный угол регулирования

Номинальный угол регулирования

Для исключения «опрокидывания» инвертора необходимо, чтобы

Максимальная амплитуда напряжения



Рисунок 3.5 - Временные диаграммы кривой ЭДС

4. Энергетические характеристики тиристорного преобразователя

4.1 Расчет энергетических показателей

Расчёт энергетических характеристик ТП производится по приведённым соотношениям при изменении угла управления в диапазоне:

Далее произведём расчёт для

Первая гармоника линейного тока:

Угол коммутации определен ранее:

Коэффициент искажения: определяется по формуле:

где - число фаз,

- угол коммутации (в радианах).

Полная мощность:

Активная мощность ТП, потребляемая по первой гармонике тока:

где

Реактивная мощность преобразователя по первой гармонике:

где

Коэффициент мощности преобразователя:

Мощность искажения (дисторции):

Результаты расчетов зависимостей S, P, Q, D, ч =f(б) представлены в таблице 4.1. График зависимостей показан на рис. 4.1.

Таблица 4.1 - Расчетные данные зависимостей S, P, Q, D, ч =f(б)

б, град	S, BA	P, Вт	Q, BAp	D, BA	ч
40	5117,04	3760,326462	3160,887526	1432,7712	0,734863605
45	5117,04	3473,561936	3473,561936	1432,7712	0,67882251
60	5117,04	2456,1792	4254,227167	1432,7712	0,48
75	5117,04	1271,41191	4744,973847	1432,7712	0,248466283
90	5117,04	3,00918E-13	4912,3584	1432,7712	5,88071E-17
105	5117,04		4744,973847	1432,7712	0
120	5117,04		4254,227167	1432,7712	0
135	5117,04		3473,561936	1432,7712	0
150	5117,04		2456,1792	1432,7712	0
175	5117,04		428,140245	1432,7712	0

Рисунок 4.1 - Зависимость полной мощности, ее составляющих, дисторции и коэффициента мощности от угла б

4.2 Расчет КПД преобразователя

КПД преобразователя - это отношение отдаваемой мощности Р_d к потребляемой из сети активной мощности Р₁.

Считается, что Р_d=U_d · I_d, где



Тогда КПД

Необходимо определить номинальное значение КПД, рассчитать и построить зависимости при и при .

Пример расчета для зависимости при :

,

- пример расчета зависимости при .

Пример расчета для зависимости при :

,

- пример расчета зависимости

при .

Далее рассчитываются зависимости при (таблица 4.2) и при (таблица 4.3).

Таблица 4.2 - Расчетные данные зависимости

	1	2	3	4	5	6	7	8,5
	0,8165	1,633	2,449	3,266	4,082	4,899	5,715	6,94
	0,943	0,939	0,934	0,93	0,926	0,921	0,917	0,911

Таблица 4.3 - Расчетные данные зависимости

град.	40	44,5	49	53,5	58	62,5	67	71,5	76	80,5	85	87
град.	0,111	0,102	0,095	0,089	0,084	0,081	0,078	0,076	0,074	0,073	0,072	0,0718
град.	40,06	44,55	49,05	53,55	58,04	62,04	67,04	71,54	76,04	80,54	85,04	87,04
	0,911	0,907	0,903	0,898	0,891	0,881	0,868	0,848	0,814	0,748	0,561	0,296

Графики зависимостей и показаны на рис. 4.2 и рис. 4.3 соответственно.

Рисунок 4.2 - Зависимость при



Рисунок 4.3 - Зависимость при

5. Электромеханические характеристики системы ТП-Д

Уравнения электромеханических (скоростных) характеристик при заданном в режиме непрерывного тока:

- двигательный режим (выпрямительный режим преобразователя);

- режим рекуперативного торможения (инверторный режим преобразователя).

Пример расчета:

Для расчета электромеханических характеристик возьмем углы, рассчитанные для внешних характеристик.

Данные расчетов сведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Расчетные данные электромеханических характеристик

40	169,9	167,9
90	-0,5	-2,5
175	-222,1	-224,1

График электромеханических характеристик показан на рис. 5.1.

Рисунок 5.1 - Электромеханические характеристики системы ТП-Д

6. Разработка систем защит преобразователя

В ТП могут возникнуть аварийные режимы, сопровождающиеся недопустимыми по значению и длительности токами через тиристоры, например внешние (на стороне постоянного тока) и внутренние к.з.; опрокидывание инвертора; появление уравнительных чрезмерных токов в РТП с совместным управлением ТГ; отпирание тиристоров в неработающей группе (открывание группы на группу) в реверсивных ТП с раздельными управлениями ТГ.

Внутренние короткие замыкания возникают в силовой схеме преобразователя и вызываются чаще всего потерей тиристорами закрывающих свойств и закорачиванием п/п структуры (пробой тиристора). Пробой может произойти из-за протекания чрезмерно большого тока, ухудшения условий охлаждения, высокой скорости нарастания тока, в результате воздействия значительных перенапряжений. Может иметь место также усталостное разрушение п/п структуры при циклической токовой нагрузке ТП.

Опрокидывание инвертора может произойти из-за нарушения правильной коммутации тока с одного вентиля на другой. Оно может быть вызвано пропуском открывания тиристора импульсом помех на управляющем электроде, а также самопроизвольным открыванием тиристора из-за перенапряжения или высокой скорости нарастания на нем в прямом направлении. Нарушение правильности коммутации и опрокидывание инвертора могут быть вызваны увеличением угла коммутации из-за возрастания тока, например, при снижении напряжения питающей сети.

Короткие замыкания в уравнительном РТП с совместным управлением возникают в результате нарушения условия , что приводит к появлению постоянной составляющей , насыщению уравнительных дросселей и нарастанию до аварийного значения.

Внешние к.з. на стороне постоянного тока ТП вызываются электрическим пробоем или механическим повреждением изоляции, попаданием токопроводящих предметов на находящейся под напряжением части электрооборудования.

Защита ТП от токов короткого замыкания производится при помощи быстродействующих плавких предохранителей. Выбор плавкой вставки производится с учетом величины тока, протекающего через предохранитель при нормальном режиме работы ТП.

где - число параллельно включенных вентилей;

-коэффициент использования вентиля по току,

По найденным значениям аварийного тока выбирается плавкий предохранитель: ПП57-3127 ().

Для защиты от внешних коротких замыканий включают предохранители в фазы ( рисунок 6.1).

В ТП малой и средней мощности (на токи 50-1000 А при напряжениях 230 и 460 В) для защиты от внешних к.з. и опрокидываний инвертора применяют автоматические выключатели серии А3700, имеющие собственное время срабатывании 12-14 мс.

Выключатели устанавливают со стороны постоянного тока ТП, а также со стороны переменного тока в случае питания ТП от сети напряжением 380В, для защиты токоограничивающих реакторов, а в ТП с одним тиристором в плече трехфазной мостовой схемы - для защиты при внутренних к.з. (пробоях тиристоров).

Выбирается автоматический выключатель серии А3700.

Марка А3713БР ТУ 16-522.052-78.

Область применения: для защиты электрических цепей от токов перегрузки, токов

к.з. и проведения тока в номинальном режиме, также для нечастых (до 3 ВО в час) оперативных включений и отключений электрических цепей.

Номинальное напряжение, В: ~ 380; 660, 50 Гц; = 440.

Номинальный ток - 8,5А.

Для ограничения перенапряжений на вентилях (при закрывании) используются RC - цепочки, шунтирующие вентили. Величина ёмкости в этом случае принимается равной , а сопротивление с учётом соотношения:

где L_К - индуктивность коммутационного контура;

С - величина емкости защитной цепочки.

Резистор R защитной цепочки выбирается по мощности на основании соотношения:

Выбираются резисторы С5-42В 10-100Ом ±0,1% [4]

Выбираются конденсаторы серии К75-10 250 В -1 мкф 10% - В[5].



Рисунок 6.1 - Силовая схема ТП

Заключение

В данной курсовой работе был широко рассмотрен ряд основных вопросов по силовой схеме тиристорного преобразователя, предназначенного для работы на якорь электродвигателя. В результате был спроектирован реверсивный тиристорный преобразователь для питания якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением типа 2ПФ-132LT мощностью 3,2 кВт.

Промышленный аналог разработанного ТП - тиристорный преобразователь для привода постоянного тока серии ЭТ6 [2].

Электропривод постоянного тока серии ЭТ6 предназначен для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока в широком диапазоне и применяется в качестве привода подач металлорежущих станков.

Электроприводы ЭТ6 обеспечивают работу во всех 4 квадрантах механической характеристики при изменении управляющего напряжения в пределах ±10В.

Основные характеристики	Разработанный ТП
Номинальный ток, А	8,5
Частота питающей сети, Гц	50
Напряжение питающей сети, В	440
Способы включения	Реверсивный
Управление	Совместное согласованное
Тип тиристора	Т112-10-5
Токоограничивающий реактор	1,5 мГн,
КПД	0,911
Начальный угол	90є

Библиографический список

1. Лалетин В.И. Преобразовательная техника. Проектирование преобразователей постоянного тока. Учебное пособие по курсу «Преобразовательная техника». Киров. ООО - «Фирма Полекс», 2011 г.

2. Е.А. Чернов и др. Электроприводы подач станков с ЧПУ: Справочное пособие. - Горький, 1986 г.

3. Замятин В.Я. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры. Справочник. Москва «Радио и связь» 2009 г.

4. Резисторы, Справочник. Под редакцией И.И. Четверткова и В.М. Терехова. Москва «Радио и связь» 1991 г.

5. Электрические конденсаторы и конденсаторные установки. Справочник. Под редакцией Г.С. Кучинского. Москва Энергоатомиздат 2010 г.

6. Электроприводы постоянного тока с вентильными преобразователями.

Н. Зимин, В.Л. Кацевич, С.К. Козырев. Москва Энергоиздат 2011 г.

7. Справочник по преобразовательной технике. И.М. Чиженко. Киев «Техника» 2008 г.

Размещено на Allbest.ru