Силовые преобразовательные устройства
ЗАДАНИЕ 1
Рассчитать и выбрать вентили в схеме регулирования напряжения нагревателей электропечи. Напряжение сети Uф=220В, потребляемый ток Iн. В режиме разогрева номинальный ток потребляется при половине напряжения на нагревателях. Схема преобразователя приведена на рисунке.
Вентили выбрать для номинального режима и проверить по потере мощности, по нагреву. Данные к заданию №1 приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Мощность нагрев. установки, Рн, кВт | Напряжение нагрев. установки, Uф, В |
| 25 | 127 |
Определяем ток нагрузки:
Средний ток фазы :
Средний ток вентиля
Максимальное напряжение, приложенное к вентилю равно амплитуде линейного:
Предельный ток вентилей при естественном охлаждении:
Выбираем вентиль: Т10-50. предельный ток - IПР = 50 А , повторяющееся напряжение UП = 400-1000 В, прямое падение напряжения DUПР = 1,76 В, тепловое сопротивление Rt – 0,9 0C/Вт.
Ток через вентиль в течении первой полуволны Потери мощности в вентиле Температура структуры вентиля
Температура расчетная 70о С не выше допустимой. Кремниевые теристоры могут работать при температуре 120 – 140ОС.
ЗАДАНИЕ 2
Рассчитать индуктивность дросселя, установленного в цепи преобразователя электродвигателя при некотором значении минимального тока – Imin, действующем значении напряжения - Uп. Питание цепей выполняется от сети с частотой 50 Гц через трансформатор. Число фаз выпрямителя m=3. Постоянный коэффициент С =0,1-0,25 для компенсированных машин, С= 0,5-0,6 для некомпенсированных машин. Данные к расчету в таблицах.
| № Вар | Номинальная скорость NНОМ, Об/мин |
Мощность, РНОМ. кВт | Номинальный ток, IНОМ, А | Сопротивление якоря RЯ,Ом | Сопротивление обмотки возбуж дения rВ, Ом |
Ток обмотки возбуждения
I
|
Номинальное напряжение, В |
| 5 | 600 | 23 | 120 | 0,845 | 62 | 2,55 | 400 |
| Мощность тр-ра, SНТ, кВА | Напряжение сетевой обмотки,В | Напряжение вен тильной обмотки, В |
Напряжение корот кого замыкания тр-ра, UК% |
| 29,1 | 500 | 410 | 5,2 |
Полная индуктивность якорной цепи
Гн
где В - напряжение пульсаций
m=6, w=314 с-1
Индуктивность якоря Гн
С=0,1-0,25 для компенсированных машин
С=0,5-0,6 для некомпенсированных машин
р-
число пар полюсов
n
– cкорость, об/мин
Расчетная индуктивность трансформатора, приведенная к цепи постоянного тока
где а=1 для нулевых схем
а=2 для мостовых схем
Хтр– индуктивное сопротивление фазы трансформатора
Индуктивность дросселя
Гн
ЗАДАНИЕ 3
Построить регулировочную и внешнюю характеристики преобразователя. Напряжение короткого замыкания сетевого трансформатора UK%, преобразователь - тиристорный постоянного тока. Граничный угол регулирования -a - зависит от схемы выпрямления. Данные для расчета в таблице.
| Напряжение короткого замыкания тр-ра UK% | Cхема выпрямления |
| 6,5 | Трехфазная нулевая |
Где А- коэффициент наклона внешней характеристики
А=0,5 для трехфазных схем
А=0,35 для однофазных схем
UК% - напряжение короткого замыкания,
UК%=8 для трансформаторов типа ТСЗП и ТСЗ
Преобразователь работает на индуктивную нагрузку и непрерывный ток в области 0<a<60.
Для построения характеристики задаваться значениями a=0 ¸600, для удобства построения расчеты в таблицу.
Рассчитываем данные, согласно заданного варианта.
Для a=0 , =0
Для a=0 , =0,5
Для a=0 , =1,0
Аналогично находим данныедля a=300 и 600 ,при =0; 0,5; 1,0.
Результат вычисления заносим в таблицу.
|
|
|||
| 0 | 1 | 0,9 | 0,5 |
| 0,5 | 0,98 | 0,88 | 0,48 |
| 1,0 | 0,97 | 0,87 | 0,47 |
Строим по найденным данным внешнюю характеристику.
Регулировочная характеристика:
Где р
– число пульсаций за период Т = p/m
= p/1 = p
p=2·
m=2·3
= 6, для простых симметричных схем, m-
число фаз выпрямителя
a - граничный угол регулирования , индуктивность цепи принимаем. Для построения характеристики заполняем таблицу , задаваясь значениями a0.
| a 0 | 0 | 20 | 30 | 40 | 60 | 80 | 90 | 100 | 120 |
| 1 | 1,09 | 1,1 | 1,4 | 1,9 | 1,4 | 1,2 | 0,8 | 0,3 |
Строим по найденным данным регулировочную характеристику.
ЗАДАНИЕ 4
Рассчитать потери мощности заданного преобразователя
Данные: ТСП-63/0,7 УХЛ Вентильная Преобразователь: Uс
Мощность потерь выпрямителя:
DРd = DРв + DРт + DРф + DРв.с
Потери в вентиле при протекании прямого тока:
DРв = nв*DUпр*Iв.ср = 2*0,5*0,039 =0,039Вт
nв =2, кол-во вентилей, по которым одновременно протекает ток в плече моста DUпр = (0-1,2В) – падение напряжения
Iв.ср. = Iср/2 = 0,039; Iср = Iнагр/1,11=0,088/1,11 = 0,079А
Потери в трансформаторе:
Потери в электрических фильтрах:
DРф = I2d*rдр=2002*1,2=48Вт
rдр=U/I=230/200=1,2Ом
DРвс = (0,5-1,5) Рd = 0,5*46=23Вт
DРd = 0,039+ +48+23 = Вт
ЗАДАНИЕ 5
Рассчитать и выбрать тиристоры в цепи якоря двигателя постоянного тока независимого возбуждения.
Выбрать трансформатор для преобразователя в цепи двигателя. Uн = 220В. Напряжение выпрямителя
Udo = 1,15*Uн = 1,15*220 = 253В
В схеме оборудования установим отсечки, формирующие экскаваторную характеристику с током упора.
Iупор. = 1,8*Iн = 1,8*120 = 216А
Принимаем ток нагрузки:
Id = Iупор = 216А
Средний ток вентиля:
Iв.ср = Id/3 = 216/3 = 72А
Максимальное обратное напряжение:
Uобр.макс = 1,045*Udo = 1,045*253 = 264,4В
Прямое максимальное напряжение:
Uпрям.макс. = Ö6*U2ф * sina = Ö6*220*1 = 538,9В
Выбираю вентиль: ТЛ-200; Iпр = 250А; Uп = 400-1000В; DUпр = 0,85;
Rt = 0,180С/Вт.
Выбранный вентиль проверяем:
Iв = 0,577*Id = 0,577*250 = 144,3А
Потери мощности в тиристоре:
DРв = Iв*DUпр = 144,3*0,85=122,6Вт
Температура структуры вентиля:
qв = DРв* Rt +qокр = 122,6*0,18+25 = 470С<1250С,
Выбранный вентиль проходит по условиям проверки
Трансформатор выбираем по типовой мощности и вторичному напряжению.
Sт = 1,05*Рd = 1,05*253*216 = 57,38кВА
U2ф= 0,427*Udo = 0,427*253 = 108В
I2ф = 0,817*Id = 0,817*216 = 176,5А
Кт = U1ф/U2ф = 253/108,03 = 2,3
Ток первичной обмотки трансформатора:
I1 = 0,817*(Id/Кт) = 0,817*(216/2,3) = 75,4А
Выбираю трансформатор: ТСЗР-63/0,5-68
ЗАДАНИЕ 6
Инверторный режим нереверсивного преобразователя, статические характеристики, диаграммы.
Инвертирование – это процесс преобразования постоянного тока в переменный. В преобразовательных установках инверторный режим очень часто чередуется с выпрямительным, например, в электроприводах постоянного тока. В двигательном режиме преобразовательная установка выполняет функции выпрямителя, передавая мощность двигателю постоянного тока. При переходе электродвигателя в генераторный режим (движение под уклон, спуск груза, торможение и т.д.) преобразователь работает в инверторном режиме, отдавая энергию генерируемую машиной постоянного тока, в сеть переменного тока. Таким образом, при инвертировании источник постоянного напряжения работает как генератор электрической энергии, характеризующийся тем, что направление его ЭДС и тока совпадают, а нагрузка переменного тока – как потребитель, у которого направления ЭДС и тока встречные.
Преобразователи частоты – это устройства, преобразующие переменный ток одной частоты в переменный ток другой частоты.
В промышленных электроприводах постоянного тока эффективное и вместе с тем наиболее экономичное торможение двигателя может быть достигнуто переводом двигателя в генераторный режим, при этом преобразователь выполняет функцию инвертора и поток мощности, изменив направление, проходит от машины постоянного тока в сеть переменного напряжения.
Принципиальная схема преобразователя, допускающего двухстороннее обращение потока мощности в вентильном электроприводе постоянного тока, приведена на рисунке. Питание вентиля осуществляется через две трехфазные группы обмоток, соединенных в зигзаг. Выходы от преобразователей присоединены к внешним зажимам машины противоположными полюсами. При такой перекрестной схеме система сеточного управления одного из преобразователей настраивается на работу его в качестве выпрямителя, питающего двигатель, а у другого – на работу его в качестве инвертора, ведомого сетью. Последний обеспечивает режим генераторного торможения.
Сопряжение углов a и b определяющих положение внешних характеристик, производится, исходя из равенства средних значений напряжения на выпрямителе и инверторе при таком минимальном значении постоянного тока, ниже которого кривая выпрямленного тока становится прерывистой. При таком сопряжении углов a и b не только обеспечивается плавный переход от выпрямительного режима к инверторному, но и приемлемая величина циркуляционного тока, протекающего по замкнутым контурам анодных ветвей выпрямителя и инвертора.
При уменьшении тока двигателя, при снятии нагрузки скорость вращения двигателя возрастет, при минимуме тока преобразователь переходит в инверторный режим. В приводе появляется при этом тормозной момент. Для получения минимального времени торможения угол опережения b инвертора постепенно увеличивается по мере снижения скорости генератора.
Движение рабочей точки в режиме форсированного торможения проходит по зигзагообразной кривой (левая часть рисунка), включающей пунктирные и промежуточные участки и участки инверторных характеристик.
При выполнении преобразователя по перекрестной схеме возможно изменение направления вращения (реверс). При этом изменяется настройка углов управления: в инверторе от углов b совершается переход на углы a. А в выпрямителе углы a заменяются углами b.
ЛИТЕРАТУРА
1. Преображенский В.И., Полупроводниковые выпрямители. М.: Энергоатомиздат. 1986
2. Промышленная электроника. Каганов И.Л., М. «Высшая школа», 1988.
3. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами. Под редакцией Круповича В.И., Барыбина Ю.Г., Самовера М.Л. Издание третье. М.: Энергоатомиздат. 1982.
4. Беркович Е.И., Ковалев В.Н, Ковалев Ф.И. и др.Полупроводниковые выпрямители. М.: Энергия, 1978.