(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Проектирование реверсивного тиристорного преобразователя
Министерство образования Русской Федерации
Магнитогорский муниципальный технический институт им. Г.И. Носова
Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок
Объяснительная записка к курсовой работе
По дисциплине «Преобразовательная техника»
Тема: “Проектирование реверсивного тиристорного преобразователя”
Магнитогорск
2003
ВВЕДЕНИЕ
Электропривод неизменного тока на базе тиристорных преобразователей в истинное время является главным типом промышленного регулируемого электропривода. Это разъясняется плюсов этого типа электропривода:
1) высочайшее быстродействие, которое ограничивается коммутационной способностью мотора и механической инерционностью привода;
2) моментальная готовность к работе, широкий спектр температур и долгий срок службы;
3) номинальный КПД преобразователя превосходит 92-96%;
4) малые весогабаритные характеристики; блочная сборка дозволяет уменьшить требуемые производственные площади, уменьшить серьезные издержки и расходы на установку и эксплуатацию.
В то же время тиристорным электроприводам характерны недочеты:
1) пульсации выпрямленного напряжения и тока на выходе тиристорного преобразователя увеличивают нагрев и усугубляют коммутацию мотора, что просит установки сглаживающих реакторов;
2) при глубочайшем регулировании напряжения тиристорный преобразователь имеет маленький коэффициент мощности, что просит разработки и установки особых компенсирующих устройств;
3) перегрузочная способность тиристорного преобразователя ниже, чем электромашинного;
4) при работе тиристорных преобразователей искажается форма напряжения в сети переменного тока, и появляются помехи.
В истинное время разработаны разные схемы тиристорных преобразователей и системы регулируемого электропривода на их базе. Индустрией освоен серийный выпуск комплектных тиристорных электроприводов.
По предназначению тиристорные преобразователи разделяются:
для питания якоря мотора;
для питания обмоток возбуждения.
по выполнению тиристорные преобразователи разделяются:
нереверсивные;
реверсивные.
Самой подходящей для тиристорных преобразователей признана трёхфазная мостовая (шестипульсная) схема выпрямления. На базе трёхфазной мостовой схемы строятся также комбинированные схемы выпрямления, к примеру двенадцатипульсные. Более сложными элементами тиристорного электропривода являются двухкомплектные преобразователи. Они используются в быстродействующих электроприводах, в каких скорость конфигурации и реверсирования тока (момента) мотора влияют на производительность механизма либо свойство регулирования технологических характеристик.
При проектировании тиристорных преобразователей для регулируемого электропривода нужно учесть специальные характеристики преобразователей с разными методами управления, их воздействие на статические и динамические характеристики электропривода.
1. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА РАЗРАБОТКУ
В качестве перегрузки тиристорного преобразователя применён якорь мотора неизменного тока независящего возбуждения типа Д21, сеть трехфазная переменного тока 380 В, режим работы электропривода — реверсивный.
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ДВИГАТЕЛЯ Д21
Технические данные мотора представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 — Технические данные мотора Д21
№ п/п
Наименование
Ед. изм.
Величина
1.
Номинальная мощность, Рн
кВт
4,5
2.
Номинальное напряжение,Uн
В
220
3.
Номинальный ток якоря, Iн
А
26
4.
Номинальная скорость вращения, nн
о/мин
1010
5.
Перегрузочная способность,
—
2,5
7.
Сопротивление обмоток при 20о С
— якоря, rя
— дополнительных полюсов, rдп
— обмотки возбуждения, rв
Ом
Ом
Ом
0,66
0,28
141,6
8.
Число основных полюсов, 2р
—
4
9.
Число параллельных веток, 2а
—
2
10.
Номинальное напряжение возбуждения, Uвн
В
220
11.
Номинальный ток возбуждения, Iвн
А
1,2
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
3.1 Выбор тиристорного преобразователя
Для данной мощности Рн = 4,5 кВт, напряжения Uн =220 В, тока Iн= 26 А, перегрузочной возможности =2,5 более целесообразной схемой выпрямления является трехфазная мостовая схема с питанием от сети переменного тока 380 В, трансформаторный вариант, преобразователь реверсивный по встречно-параллельной схеме с раздельным управлением вентильными группами.
При определении номинальных значений выпрямленного напряжения и тока нужно обеспечить:
.
Сиим условиям отвечает тиристорный преобразователь со последующими номинальными данными:
= 230 В >=220 В;
А,
где — перегрузочная способность тиристорного преобразователя в течение 10 с.
Сиим условиям удовлетворяет тиристорный преобразователь из серии ЭКТ типа ЭКТ-50/220-1421-УХЛ4 на .
Силовая схема реверсивного тиристорного преобразователя приведена на рис. 3.1.
Индивидуальностью силовой части ЭКТ (рис. 3.1) является встречно-параллельное включение тиристоров всякого плеча выпрямительного моста. Тиристорный преобразователь получает питание от сети 380 В через автоматический выключатель SF1 и трансформатор ТС. На стороне неизменного тока защита осуществляется автоматическим выключателем SF2. Линейный контактор КМ служит для нечастой коммутации якорной цепи, динамическое торможение электродвигателя М осуществляется через контактор KV и резистор RV.
Трансформатор ТВ (Телевидение (греч. — далеко и лат. video — вижу; от новолатинского televisio — дальновидение) — комплекс устройств для передачи движущегося изображения и звука на расстояние) и диодный мост В служат для питания обмотки возбуждения мотора LM.
Силовая схема электропривода серии ЭКТ на Idн = 50 А и напряжение 220.
Рис. 3.1
3.2 Выбор трансформатора
Расчёт начнём с определения линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора
где kсх — коэффициент, зависящий от схемы выпрямления (см. табл. 3.1).
Таблица 3.1 — Расчётные коэффициенты схемы выпрямления
Схема выпрямления
Коэффициенты
kсх
ав
в
Ст
d
kп
Трёхфазная мостовая
2,34
2
0,0025
0,0052
0,0043
1,045
Наибольшее расчётное
где Ен — номинальное
Iн — номинальное тока преобразователя;
бmin — малый угол регулирования,
?Uв =2 — падение напряжения на тиристоре;
ав =2 — коэффициент, зависящий от схемы выпрямления (см. табл. 3.1);
в, Ст , d — расчётные коэффициенты (см. табл. 3.1);
kсет — коэффициент, учитывающий индуктивность сети переменного тока. Величина этого коэффициента определяется соотношением мощности системы ТП-Д и питающей сети. Если эти мощности соизмеримы, то kсет обычно выбирают в границах 1,3ч1,5. Это относится, в главном, к массивным приводам. При проектировании маломощных электроприводов и электроприводов средней мощности величину kсет уменьшают до 1,0ч1,2 (принимаем kсет=1,15);
ек%, ?РКЗ — напряжение недлинного замыкания и утраты недлинного замыкания трансформатора (задаёмся ек%=6%, ?РКЗ=2,5%);
?UС% — вероятные колебания напряжения сети (задаёмся ?UС%=5%).
Подставив приобретенное
Расчётная мощность трансформатора
где kп — коэффициент, зависящий от схемы выпрямления (табл. 3.1).
На основании вычислений, выбирается трансформатор из серии сухих типа ТСП — 16/0,7-УХЛ4 с техническими данными, приведёнными в табл. 3.2.
Наибольшее
В,
где U2л — линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора при соединении в звезду.
Таблица 3.2 — Технические данные трансформатора
Тип трансформатора, схема и группа соединения
Sн,
к ВА
Номинальное напряжение
Номинальный ток
ек, %
I0, %
Утраты, кВт
U1Л B
U2ЛВ
Udн,
В
I2Л,
А
Idн,
А
?Рхх
?Ркз
ТСП -16/0,7-УХЛ4
?/Y-11
14,6
380
205
230
41
50
5,2
10
0,14
0,55
Первичный линейный ток
где — коэффициент трансформации трансформатора.
Полное сопротивление обмоток трансформатора, приведённое ко вторичной обмотке
Ом.
Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведённое ко вторичной обмотке
Ом.
Индуктивное сопротивление
Ом.
Индуктивность трансформатора
мГн.
3.3 Выбор тиристоров. Расчёт силового модуля
На основании номинальных данных преобразователя нужно избрать тиристоры, схему соединения и число вентилей в плече.
Для трехфазной мостовой схемы выпрямления при dн= 50 А и выбираются тиристоры серии Т со последующей технической чертой, представленной на рис. 3.2.
структура условного обозначения тиристора.
T 1 3 3 — 400 — 4- 4 3- УХЛ 2
Т — тиристор;
1 — порядковый номер модификации конструкции;
3 — обозначение поперечника корпуса;
3 — обозначение конструктивного выполнения корпуса;
400 — очень допустимый средний ток в открытом состоянии, 400 А при tкорпуса = 90?С;
4 — циклическое импульсное напряжение в закрытом состоянии, 400 В (класс тиристора);
4 — критичная скорость нарастания напряжения в открытом состоянии, не наименее 200 В/мкс для гр. 4;
3 — время выключения, для группы 3 не наиболее 100 мкс;
УХЛ — климатическое выполнение;
2 — категория размещения по ГОСТ 15150-69.
Число параллельно включенных тиристоров в плече определяется
,
где m=3 — число фаз питающей сети;
Iпр — предельный ток избранного тиристора;
k1 = 0,9 — коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки параллельно включённых тиристоров;
k2 = 0,9 — коэффициент, учитывающий неравномерную продолжительность включения тиристоров;
k3 = 0,3ч0,4- для естественного воздушного остывания.
По результатам расчётов принимается нужное (целое) число параллельно включенных тиристоров в плече (принимается один тиристор в плече).
Число поочередно включенных тиристоров в плече
,
где — наибольшее оборотное напряжение на тиристоре,
В;
— коэффициент припаса по напряжению;
В — номинальное напряжение тиристора (соответствует классу тиристора).
.
По результатам расчета принимается один поочередно включенный тиристор.
Потому что число параллельно и поочередно включенных тиристоров принято равным единице, то нет необходимости в установке индуктивных делителей тока и делителей напряжения.
3.4 Расчёт индуктивности и выбор сглаживающего дросселя
Сглаживающий дроссель врубается поочередно с якорем мотора, и его индуктивность рассчитывается последующим образом.
Критичная индуктивность силовой цепи из условия выравнивания пульсаций выпрямленного тока.
мГн,
где — принятая величина работающего значения главный гармоники переменной составляющей выпрямленного тока;
Еdnm — амплитуда главный гармонической выпрямленной ЭДС n-го порядка
В, где
— амплитуда главный гармонической ЭДС в функции угла б при б=90° (для реверсивных приводов), p=6 .
Критичная индуктивность силовой цепи из критерий ликвидации прерывающегося режима на холостом ходу мотора (принят ).
;
;
Вс;
,
где Rя80єС — активное сопротивление мотора с учётом сопротивления якоря и дополнительных полюсов, приведённое к рабочей температуре 80? С,
Ом;
Из 2-ух значений критичной индуктивности выбирается большее, и определяется требуемая индуктивность сглаживающего дросселя
мГн,
где мГн,
где в — эмпирический коэффициент, для некомпенсированных машин в=0,6;
р — число пар полюсов;
Uн, Iн, щн — соответственно номинальные значения напряжения, тока, частоты вращения мотора.
1/c ,
где nн — номинальная скорость вращения, о/мин.
Потому что Lсд < 0, то в установке сглаживающего дросселя нет необходимости.
3.5 Выбор СИФУ
Система импульсно-фазового управления (СИФУ) создана для преобразования выходного напряжения системы управления Uу в последовательность подаваемых на тиристоры отпирающих импульсов, момент формирования которых смещён относительно моментов естественного открывания тиристоров на угол , зависящий от значения Uу. Таковым образом, главный задачей сифу является управление средним значением выпрямленного напряжения Ud тиристорного преобразователя и получение требуемой зависимости напряжения Ud от напряжения управления Uу. в безупречном случае Ud=kUу, где k-постоянный коэффициент, не зависящий от режимов сети и от перегрузки в цепи выпрямленного тока. Действие на напряжение Ud осуществляется путём конфигурации угла управления . Выходные сигналы СИФУ представляют собой импульсы, характеристики которых выбираются в согласовании с параметрами управляющих цепей тиристоров и силовой схемой тиристорного преобразователя.
Для управления тиристорным преобразователем выбирается многоканальная синхронная система импульсно-фазового управления (СИФУ) с опорным синусоидальным напряжением и вертикальным принципом регулирования фазы отпирающих импульсов.
Управление углом осуществляется синхронным методом, характеризуется отсчётом угла от определённой фазы напряжения питающей сети ,
где iугол подачи iого импульса управления, i=wti (i=1, 2,..);
wугловая частота сети, рад/с;
tвремя;
исходный угол отсчёта фазы по отношению к напряжению сети;
рчисло пульсаций преобразователя (пульсность) за период сети;
регулируемый угол задержки.
системы импульсно фазового управления тиристорными преобразователями должны удовлетворять целому ряду требований, таковых как надёжность, помехозащищённость и др. Специальные требования к СИФУ могут быть разбиты на две группы:
1) требования, относящиеся конкретно к управляющему импульсу. Для надёжного открывания тиристора на его управляющий электрод необходимо подать импульс определённой полярности, амплитуды и продолжительности. Так как характеристики отдельных тиристоров одной и той же серии (открывающий ток и открывающее напряжение управления) различны, то для надёжного открывания тиристора данной серии используемая сифу обязана обеспечить ток и напряжение управления, превосходящие самые большие ток и напряжение управления, указываемые для тиристоров данной серии. С иной стороны, ток и напряжение управления не должны превосходить неких максимально допустимых значений.
Мало нужная продолжительность управляющего импульса обязана быть больше времени включения тиристора, которое составляет (520) мкс. Не считая того, за время существования управляющего импульса, ток в анодной цепи должен успеть нарасти до тока удержания (крайнее в особенности значительно для цепей с большенный индуктивностью, где ток наращивается сравнимо медлительно). Обычно используют импульсы продолжительностью (810), что составляет (440550) мкс.
Крутизна фронтального фронта напряжения управляющего импульса обязана быть высочайшей для обеспечения резвого нарастания тока управления, чёткого открывания тиристора и уменьшения утрат при включении. При малой крутизне из-за различия характеристик цепей управления тиристоров в многофазных схемах может показаться приметная асимметрия выпрямленного напряжения. При параллельном соединении это влечёт за собой краткосрочную перегрузку тиристора, который открылся ранее, потому что через него течёт весь ток перегрузки. В обоих вариантах неодновременное включение тиристоров будет приводить к выходу их из строя. Обычно управляющий импульс формируется так, чтоб крутизна фронтального фронта тока импульса составляла (0,22)А/мкс;
2) требования, обусловленные схемой выпрямления и применяемыми режимами работы преобразователя. Нужный наибольший спектр регулирования угла для преобразователя, работающего как в выпрямительном, так и в инверторном режимах, на теоретическом уровне составляет 180. Потому что наибольший угол регулирования в инверторном режиме ограничивается, то, требуемый спектр регулирования составляет 150160.
Многофункциональная схема преобразовательной части электропривода серии ЭКТ.
Рис. 3.2
Система импульсно-фазового управления обязана обеспечивать симметрию импульсов по фазам. Асимметрия вызывает неравномерную загрузку тиристоров из-за различной длительности их работы и приводит к ухудшению критерий работы питающего трансформатора и сглаживающего дросселя, потому СИФУ обязана обеспечивать асимметрию управляющих импульсов не наиболее 3.
Быстродействие системы управления тиристорным преобразователем является одним из важных её характеристик. С целью наибольшего использования высочайшего быстродействия, присущего тиристорным преобразователям, СИФУ производятся фактически безинерционными.
системы импульснофазового управления имеют последующие технические данные:
наибольшее входное напряжение, не наиболее (810) В
входной ток, не наиболее 5 мА
напряжение синхронизации с питающей сетью трёхфазное 380 либо 100 В
допустимые коммутационные провалы, % 400 град
температурный дрейф свойства при изменении температуры от 1 до 40С, не наиболее 4 %
спектр конфигурации угла , (5170) град
асимметрия импульсов отдельных каналов, не наиболее 3 град
Система импульсно-фазового управления гальванически отдельна от силовой части электропривода. В реверсивных электроприводах устройство раздельного управления обеспечивает бестоковую паузу не наиболее (57) мс с возможностью её регулирования. системы импульснофазового управления электроприводов серий ЭКТ производится с широким внедрением операционных усилителей серии К553УД2 почти всех интегральных микросхем серии К511.
СИФУ комплектных тиристорных электроприводов серии ЭКТ состоит из ячейки фазосмещения, ячейки формирования импульсов, ячейки переключающего устройства (ЛПУ) и представленной на рис. 3.3 в составе многофункциональной схемы преобразовательной части. СИФУ серии ЭКТ имеет последующие индивидуальности:
косинусоидальное опорное напряжение, шестиканальное устройство фазосмещения для обоих выпрямительных мостов в реверсивных преобразователях, частотное наполнение узеньких отпирающих импульсов, внедрение сигналов с трансформаторов переменного тока либо датчиков неизменного тока, подключённых к шунту в цепи перегрузки и датчиков закрытого состояния тиристоров для работы логического переключающего устройства (ЛПУ).
Как надо из многофункциональной схемы, представленной на рис. 3.3, СИФУ состоит из узла формирования опорных напряжений Z, узла фазосмещения АТ и переключающего устройства АВ.
Узел формирования опорных напряжений (рис. 3.4) содержит в себе синхронизирующий трёхфазный трансформатор с 2-мя группами вторичных обмоток (СТ), которые можно включать по схемам звезды либо треугольника, и ячейку фильтра Z с 3-мя каналами апериодических фильтров, обеспечивающих фазовый сдвиг на 60° (240° при учёте инвертирования напряжений операционными усилителями). Амплитуда опорных напряжений опосля фильтра Uоп.м =8 В.
Узел фазосмещения АТ (рис. 3.3) сформировывает 6 последовательностей импульсов для выпрямительного моста VSF (”В”) либо для моста VSB (“Н”), которые усиливаются усилителями A-F, A-B.
Узел фазосмещения состоит из 6 компараторов А7.1, А7.2, А8.1, А8.2, А9.1, А9.2 на входе которых сравниваются напряжения управления +Uу, -Uу и соответственное опорное напряжение Uоп.
Узел формирования опорного напряжения.
Рис. 3.3
На один из входов усилителя А5.1, имеющего коэффициент передачи равный 1, поступает сигнал управления Uу из системы автоматического регулирования, а на 2-ой вход — напряжение исходного согласования Uо, обеспечивающее исходный угол управления при U?у=0. Неизменная времени цепи оборотной связи А5.1 — 0,1мс. Коэффициент передачи инвертирующего усилителя А5.2 также равен 1.
Сопоставление Uу и опорного напряжения соответственной фазы (AF,BF либо CF) осуществляется на компараторах А7-А9, причём на компараторы А7.1-А9.1 подаётся -U?у, а на компараторы А7.2-А9.2 — +U?у. По переходу сигналов на выходах компараторов А7.1, А8.1, А9.1 из “1” в ”0” — формируется напряжение прямоугольной формы группы “вперёд” VSF (AS, BS, CS). Из трёх сигналов фазосмещения формируется 6 импульсов. Это можно выполнить логической обработкой сигналов фазосмещения и 180-градусных ограничений, в итоге которой получают сигналы фазосмещений также продолжительностью 180 электронных градусов. При всем этом по фронту этих сигналов отпираются тиристоры катодной группы “вперёд”, а по спаду — тиристоры анодной группы “вперёд”.
По переходу сигналов на выходах компараторов А7.2, А8.2, А9.2 из “1” в ”0” — формируются импульсы группы “вспять”.
Выбор работающего моста осуществляется логическим переключающим устройством АВ зависимо от полярности напряжения переключения Uп и абсолютного значения тока перегрузки |Id| либо состояния тиристоров силового моста. Устройство АВ сформировывает логические сигналы выбора моста VSF либо VSB, переключает полярность задания исходного угла Uо и производит сигнал бестоковой паузы B·F1=1, по которому снимаются импульсы с обоих выпрямительных мостов. Сигнал B·F2 , появляющийся сразу с сигналом B·F1, но исчезающий несколько позднее, служит для отключения задания тока во время бестоковой паузы. По сигналу срыва импульсов Uср импульсы снимаются с обоих мостов.
Измерение тока делается трансформаторами переменного тока, установленных в фазах силового трансформатора, либо датчиками неизменного тока, подключёнными к шунту в цепи перегрузки. Оба этих датчика не могут обеспечить довольно высшую чувствительность измерения тока и потому являются «грубыми» датчиками. Для получения быстродействующей системы реверса тока наличие «грубого» датчика нужно, потому что по его команде делается срыв импульсов, что ускоряет спадание тока в выходящей из работы группе.
Узел фазосмещения.
Рис. 3.4
Не считая измерения тока силовой цепи в преобразователе делается контроль состояния силовых тиристоров при помощи блока датчика состояния тиристоров, который конкретно фиксирует моменты запертого состояния всех тиристоров силового моста. По команде этого датчика начинается отсчёт бестоковой паузы (1-2 мс), которая быть может рассчитана на время, нужное для восстановления запирающих параметров тиристоров.
В работе схемы АВ воспринимает роль один из «грубых» датчиков и узкий датчик.
защита осуществляется узлом AF, который принимает нагрузку в цепи переменного тока | Id |, и в цепи неизменного тока id, также сигнал «Трагедия», вырабатываемый в схеме управления электроприводом. Узел AF через узел ускоренного отключения А-R отключает автоматический выключатель главной цепи QF, воздействуя на его независящий расцепитель, снимает сигнал готовности в схеме управления электроприводом и сдвигает управляющие импульсы в инверторную область.
Расчет фазовых черт СИФУ реверсивного тиристорного преобразователя с синусоидальным опорным напряжением делается по формуле
,
B,
где исходный угол согласования черт (принимается 95о);
В — наибольшее
— напряжение смещения.
Наибольшее
,
где — угол коммутации при ,
— угол восстановления запирающих параметров тиристора,
,
tвыкл=100 мкс — время выключения тиристора Т 133 -400;
=3о — допустимая асимметрия импульсов.
Угол коммутации при
,
где — номинальный угол, соответственный номинальному режиму работы мотора,
Фазовые свойства РТП
Рис. 3.5
По приведенному уравнению рассчитаны фазовые свойства выпрямительных мостов групп “Вперёд” и “Вспять”, данные расчета приведены в табл. 3.3. Фазовые свойства реверсивного тиристорного преобразователя приведены на рис. 3.5.
Таблица 3.3 — Фазовые и регулировочные свойства СИФУ и реверсивного ТП при 1 + 2 > 180є
Uу В
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
ГРУППА VSF («ВПЕРЁД»)
б1 град
164
147
135
126
118
110
102
95
88
81
73
66
57
48
38
Ed1 В
-267
-232
-197
-163
-128
-93
-59
-24
10
45
80
114
149
183
218
ГРУППА VSB («НАЗАД»)
б2, град
38
48
57
66
73
81
88
95
102
110
118
126
135
147
164
Ed2 В
-218
-183
-149
-114
-80
-45
-10
24
59
93
128
163
197
232
267
3.6 Расчёт и построение регулировочных и наружных черт
При синусоидальном опорном напряжении Э.Д.С. тиристорного преобразователя
,
по которому рассчитаны регулировочные свойства выпрямительных групп VSF и VSB. Данные расчета представлены в таблице 3.3, а на рис. 3.7 — регулировочные свойства Ed=(). Символ «-» принимается для группы «Вперёд».
Наибольшая ЭДС тиристорного преобразователя исходя из убеждений неопасного инвертирования при max=165 o составляет
.
Коэффициент усиления тиристорного преобразователя обусловится или по формуле
.
Наружная черта тиристорного преобразователя Ud=(Id) при =const (одной выпрямительной группы) в режиме непрерывного тока в согласовании со схемой замещения реверсивного тиристорного преобразователя (рис. 3.8) быть может представлена последующим уравнением
где ав = 2 — для мостовой схемы выпрямления (см. табл. 3.1);
Rт = 0,1091 Ом — активное сопротивление фазы трансформатора;
Xт = 0,236 Ом — индуктивное сопротивление фазы трансформатора.
.
При в граничном режиме
;
.
Регулировочные свойства РТП
Рис. 3.6
Схема замещения реверсивного тиристорного преобразователя при работе на якорь мотора
Рис. 3.7
В непрерывном режиме напряжение и ток определяются по последующим формулам:
,
где Е2mл — амплитуда линейной ЭДС вторичной обмотки трансформатора;
що =2· р· fс =2· 3,14· 50=314 1/c;
Lэ =ав·Lт + Lя = 25,5 мГн.
При =0 (Id=0) 30о
В,
а при 30о
По приведенным формулам рассчитаны зависимости Ud=(Id) (см. табл. 3.4) при разных углах , которые представлены на рис. 3.9
Наружные свойства РТП
Рис. 3.8
Таблица 3.4 — Зависимости Ud=() при =var
б, град
20
Idгр, А
1,1
л, град
0
35
45
55
60
Id, А
0
0,0
0,1
0,2
1,1
13
26
65
Ud, В
290
283
276
266
256
251
245
227
б, град
30
Idгр, А
1,6
л, град
0
35
45
55
60
Id, А
0
0,1
0,1
0,3
1,6
13
26
65
Ud, В
290
272
261
247
235
230
224
207
б, град
45
Idгр, А
2,3
л, град
0
35
45
55
60
Id, А
0
0,1
0,2
0,5
2,3
13
26
65
Ud, В
280
241
224
206
191
186
180
163
б, град
60
Idгр, А
2,8
л, град
0
35
45
55
60
Id, А
0
0,1
0,3
0,6
2,8
13
26
65
Ud, В
251
193
172
150
133
129
123
106
б, град
75
Idгр, А
3,1
л, град
0
35
45
55
60
Id, А
0
0,2
0,3
0,7
3,1
13
26
65
Ud, В
205
132
108
84
66
62
56
39
б, град
90
Idгр, А
3,2
л, град
0
35
45
55
60
Id, А
0
0,2
0,4
0,7
3,2
13
26
65
Ud, В
145
62
37
12
-5
-10
-16
-33
б, град
105
Idгр, А
3,1
л, град
0
35
45
55
60
Id, А
0
0,2
0,4
0,7
3,1
13
26
65
Ud, В
75
-12
-37
-60
-77
-81
-87
-105
б, град
120
Idгр, А
2,8
л, град
0
35
45
55
60
Id, А
0
0,2
0,3
0,6
2,8
13
26
65
Ud, В
0
-86
-108
-129
-144
-148
-154
-171
б, град
135
Idгр, А
2,3
л, град
0
35
45
55
60
Id, А
0
0,2
0,3
0,5
2,3
13
26
65
Ud, В
-75
-153
-172
-188
-201
-206
-211
-229
б, град
150
Idгр, А
1,6
л, град
0
35
45
55
60
Id, А
0
0,1
0,2
0,4
1,6
13
26
65
Ud, В
-145
-210
-224
-235
-245
-250
-255
-273
3.7 Расчёт энергетических черт
Энерго свойства тиристорных преобразователей оцениваются коэффициентом мощности и коэффициентом полезного деяния .
Коэффициент мощности в самом общем случае быть может определен как отношение активной мощности, потребляемой преобразователем Р, к полной мощности S (кажущейся мощности для несинусоидальных токов).
.
Полная и активная мощности, потребляемые из сети в общем случае несинусоидальных напряжений и токов
тиристор трансформатор преобразователь индуктивность
;
,
гдефазные первичные действующие значения главных гармоник напряжения и тока;
действующие значения фазных напряжения и тока высших гармоник;
угол сдвига меж векторами главных гармоник фазных напряжений и токов;
угол сдвига меж векторами напряжения и тока высших гармоник.
В случае U1фU1ф(1),что справедливо для массивных сетей, коэффициент преломления по напряжению
а по току
величина которого для трехфазного мостового выпрямителя
Активная мощность, потребляемая из сети
P1=3·U1ф I1ф(1)cos1(1) ,
где cos1(1)=cos ,
а коэффициент мощности без учета процесса коммутации определяется по формуле
.
Для регулируемого мостового выпрямителя с учетом процесса коммутации (30о) коэффициент мощности определяется по формуле:
,
где — коэффициент преломления кривой первичного тока с учетом коммутации.
Активная и реактивная мощности по первой гармонике тока
;
,
где ;
.
Мощность преломления (дисторции)
.
Рассчитаем и построим зависимости S,P,Q,D =() для спроектированного тиристорного преобразователя при изменении от min до max в режиме непрерывного тока и условии постоянной гладкой составляющей выпрямленного тока Idн = 50 А.
Порядок расчета последующий. Определяются последующие величины:
1. Вторичный линейный ток (обмотка соединена по схеме звезда)
А,
2. Первичный фазный ток (обмотка соединена треугольник)
А,
3. 1-ая гармоника первичного фазного (линейного) тока
4. Коэффициент преломления по току с учетом коммутации
где угол коммутации
,
где угол регулирования. В расчетах принимается от =15є до ;
р = 6 -число пульсаций выпрямленного тока;
Ed0 =277 В -максимальное значение выпрямленной ЭДС при ;
Хт = 0,236 Ом -индуктивное сопротивление фазы трансформатора.
5. Полная мощность
ВА
6. Активная мощность
7. Реактивная мощность
8. Коэффициент мощности
9. Мощность дисторции
Результаты расчетов зависимостей S,P,Q,D, = () представлены в таблице 3.5 и на рис. 3.10 — 3.11.
К.П.Д. — отношение отдаваемой выпрямителем мощности Рd к потребляемой из сети активной мощности Р.
Для варианта работы выпрямителя со сглаженным выпрямленным током, при малой величине пульсаций кривой выпрямленного тока Id,можно считать, что
где — выпрямленное напряжение на выходе преобразователя;
Id = Iян = 26 А — номинальный ток мотора.
Тогда:
.
Нужно найти номинальное
Таблица 3.5 — Результаты расчета энергетических черт
б, град
г, град
г, рад
н
cosц1(1)
sinц1(1)
I1Ф(1), А
S, ВА
Q, Вар
P, Вт
D, ВА
ч
15
7,5
0,13
0,964
0,9448
0,3277
12,3
14558
4600
13262
3858
0,91
35
4,0
0,07
0,960
0,7980
0,6027
12,3
14558
8423
11153
4072
0,77
55
2,9
0,05
0,959
0,5524
0,8336
12,2
14558
11634
7710
4141
0,53
75
2,5
0,04
0,958
0,2377
0,9713
12,2
14558
13549
3315
4167
0,23
90
2,4
0,04
0,958
-0,0212
0,9998
12,2
14558
13944
-295
4171
0,00
95
2,4
0,04
0,958
-0,1083
0,9941
12,2
14558
13866
-1511
4170
0,10
115
2,7
0,05
0,958
-0,4438
0,8961
12,2
14558
12504
-6192
4154
0,43
135
3,5
0,06
0,959
-0,7283
0,6853
12,3
14558
9572
-10172
4102
0,70
150
5,3
0,09
0,962
-0,8872
0,4614
12,3
14558
6459
-12419
3996
0,85
160
9,1
0,16
0,966
-0,9608
0,2771
12,3
14558
3897
-13512
3763
0,93
Результаты расчета представлены в табл. 3.6 , 3.7.
Таблица 3.6 — Зависимость = (Id) при н = 31,8о
Id, А
0
2,6
5,2
7,8
10,4
13,0
15,6
18,2
21,3
23,4
26,0
31,2
65,0
I1Ф, А
0,0
0,7
1,3
2,0
2,6
3,3
4,0
4,6
5,4
6,0
6,6
7,9
16,5
з
—
0,93
0,93
0,93
0,92
0,92
0,91
0,91
0,90
0,90
0,89
0,88
0,82
Таблица 3.7 — Зависимости при Id= Iн= 26 A и I1ф= 6,6 А
б
15
25
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
з
0,90
0,90
0,89
0,89
0,88
0,87
0,86
0,85
0,83
0,80
0,75
0,65
0,34
Примечание. При 90о преобразователь работает в инверторном режиме и .
По результатам расчета на рис. 3.12 и рис. 3.13 построены зависимости = (Id) и = ().
Зависимости S, P, Q, D = f(б)
Рис. 3.9
Зависимость ч = f(б)
Рис. 3.10
Зависимость з = f(Id), при бн = 31,8є
Рис. 3.11
Зависимость з = f(б), при Id = Iн = 26 А, I1Ф = 6,6 А
Рис. 3.12
3.8 защита тиристорного преобразователя
3.8.1 Разновидности и предпосылки аварийных режимов РТП
защита преобразователя осуществляется от внутренних и наружных аварийных режимов. Предпосылкой появления внутренних аварий являются различные неисправности частей самой силовой схемы тиристорного преобразователя. К ним относятся: пробой тиристоров силового моста, одновременное включение встречно-параллельных мостов реверсивного тиристорного преобразователя с раздельным управлением группами.
К наружным трагедиям, которые характеризуются наружными причинами, относятся: недопустимые перегрузки; недлинные замыкания на шинах неизменного и переменного тока; однофазное и двухфазное опрокидывание инвертора.
В вентильных преобразователях могут появиться аварийные режимы, сопровождающиеся недопустимыми по значению и продолжительности токами через вентили, к примеру наружные и внутренние к. з.; опрокидывание инвертора; возникновение лишних уравнительных токов в реверсивных ТП с совместным управлением тиристорными группами; отпирание тиристоров в неработающей группе (работа группы на группу) в реверсивных ТП с раздельным управлением вентильными группами.
Внутренние к. з. появляются вследствие утраты тиристором запирающих параметров и закорачивании рn структуры (пробой тиристора).
Причинами пробоя тиристора могут явиться: высочайшая скорость нарастания тока (больше 20200 А/мкс), нарушение механической целости рn структуры при лишнем токе, усталостное разрушение её при цикличной токовой перегрузке преобразователя.
Опрокидывание инвертора является следствием нарушения правильной коммутации тока с 1-го вентиля на иной. В преобразователях, имеющих трёхфазную мостовую схему, могут произойти однофазные и двухфазные опрокидывания инвертора. В первом случае аварийный ток протекает через два тиристора, соединённых с одной фазой трансформатора, который в этом случае работает в режиме холостого хода. Во 2-м случае ток протекает через два тиристора и две фазы трансформатора. В те полупериоды переменного напряжения, когда линейное напряжение трансформатора действует согласно с напряжением источника неизменного тока, происходит резвое нарастание аварийного тока.
Опрокидывания инверторов появляются вследствие пропуска отпирания еще одного тиристора (в трёхфазной мостовой схеме это приводит к двухфазному, а потом к однофазному опрокидыванию), понижения напряжения сети переменного тока, что приводит к повышению тока инвертора и угла коммутации, который может стать больше угла опережения инвертора.
Предпосылкой опрокидывания инвертора быть может скачок управляющего напряжения на входе системы фазового управления в сторону роста угла опережения, также отпирание тиристора под действием импульсов помех на управляющем электроде, перенапряжений либо высочайшей скорости нарастания напряжения на тиристоре в прямом направлении.
Лишние токи в контуре уравнительных токов появляются в реверсивных вентильных преобразователях с совместным управлением вследствие нарушения соотношения 1+2180, что приводит к возникновению неизменной составляющей в уравнительном токе, насыщению уравнительных реакторов и резвому нарастанию уравнительного тока до аварийного.
Отпирание тиристоров в неработающей группе (открывание группы на группу) в реверсивных преобразователях с раздельным управлением вентильными группами происходит при подаче на их управляющих импульсов вследствие дефектов в системе раздельного управления либо краткосрочного исчезновения и восстановления напряжения собственных нужд.
Требования к защите
защита преобразователей обязана действовать при наружных и внутренних к. з., при появлении аварийных токов меж тиристорными группами и при опрокидывании инвертора. При наружных к.з. и опрокидываниях инвертора защита обязана отключать преобразователь со стороны неизменного тока.
Не считая того, при наружных к.з. желательна легализация аварийного тока по месту (предотвращение перехода аварийного тока на последующие по порядку коммутации в схеме вентили) и по времени (ограничение тока к.з. первой полуволны), что обязано обеспечиваться устройством защиты по управляющему электроду, которое снимает либо сдвигает к границе инверторного режима управляющие импульсы. При опрокидываниях инвертора эта защита неэффективна.
При внутренних к.з. защита обязана отключать весь преобразователь либо повреждённый тиристор (защита по управляющему электроду при всем этом обязана снять либо двинуть к границе инверторного режима управляющие импульсы).
При возникновении аварийных токов меж тиристорными группами защита обязана разомкнуть цепь аварийного тока либо отключить преобразователь от сети.
Главные требования, предъявляемые к аппаратам и устройствам защиты, заключаются в последующем:
1. Наибольшее быстродействие. С ростом длительности протекания аварийного тока растут размеры повреждений преобразователя, а при опрокидываниях инвертора увеличивается абсолютное чувствительность тиристоров к значению и длительности протекания аварийных токов определяют высочайшие требования к быстродействию защиты тиристорных преобразователей.
2. Селективность. Отключение лишь повреждённых вентилей без нарушения работы исправных вентилей и преобразователя в целом. В то же время при срабатывании защиты, отключающей преобразователь в целом, не обязана срабатывать защита, отключающая вентили.
3. Чувствительность. Обеспечение срабатывания защиты при может быть наименьших значениях аварийных токов.
4. Надёжность, помехоустойчивость, простота опции и обслуживания.
3.8.2 Выбор защитных аппаратов
а) защита автоматическими выключателями.
Автоматические выключатели являются защитными аппаратами неоднократного деяния и предусмотрены для защиты вентильных преобразователей от наружных маленьких замыканий, опрокидывания инвертора и перегрузок по току. Выключатели инсталлируются на стороне переменного и выпрямленного тока.
Пространство включения автоматических выключателей в схемах вентильных преобразователей определяется теми более возможными аварийными режимами, от которых предусматривается защита. При всем этом обязана учитываться специфичность работы преобразователя, требования защиты вентилей и селективности отключения покоробленной цепи.
Автоматические выключатели переменного тока инсталлируются в преобразователях, питающихся от сети 380 В, на первичной стороне трансформатора в трансформаторном варианте.
На стороне переменного тока инсталлируются автоматические выключатели А3716Б-У3 [2] SF1 на напряжение 380В, с протеканием номинального тока Iн=160А; термический расцепитель на 32 А; электромагнитного расцепитель на 160 А; уставка по току срабатывания: термического расцепителя на 37 А; электромагнитного расцепителя не наименее .
На стороне неизменного тока инсталлируются автоматические выключатели А3715Б-У3 SF2 [2] на выпрямленное напряжение 220В, с протеканием номинального тока Iн=160 А; термический расцепитель на 32 А; электромагнитного расцепитель на 160 А; уставка по току срабатывания: термического расцепителя на 37 А; электромагнитного расцепителя не наименее .
Собственное время отключения А3700 с дистанционным расцепителем полупроводникового типа не наиболее 10мс.
Для коммутации якорной цепи при краткосрочных остановках электропривода предусматриваются контакты линейного контактора КМ (см. рис. 3.1).
б) защита от перенапряжений.
Процессы, протекающие в вентильных преобразователях, нередко сопровождаются перенапряжениями, которые, воздействуя на вентили, могут привести к их пробою, вызывающему, как правило, куцее замыкание.
Главными видами перенапряжений являются:
Сетевые перенапряжения, обусловленные действием сетевой коммутационной аппаратуры либо атмосферных явлений.
Схемные перенапряжения неповторяющегося нрава, связанные с действием коммутационной аппаратуры вентильного преобразователя. Это перенапряжения, связанные с включением питающего трансформатора, подключением вентильного преобразователя к источнику переменного напряжения, отключением питающего трансформатора, также отключением тока перегрузки с помощью автоматического выключателя.
Схемные повторяющиеся перенапряжения — они обоснованы работой вентилей в силовой схеме и являются или резонансными, или коммутационными.
Резонансные перенапряжения соединены с потреблением из сети несинусоидального тока и прерывающимся режимом работы преобразователя.
Коммутационные схемные перенапряжения вызываются повторяющимся переходом вентилей из закрытого состояния в открытое и назад. Они характеризуются (при отсутствии ограничительных устройств) крутым фронтом (до 1000 В/мкс) и значимой амплитудой (до 10 — кратного значения по отношению к рабочему напряжению).
Для ограничения перенапряжений обширно используются накопители энергии — конденсаторы, входящие в состав RC — цепочек. В целях защиты от коммутационных перенапряжений, поступающих из питающей сети, при коммутациях трансформатора и цепей перегрузки RC — цепочки включают на вторичной стороне трансформатора по одной из схем, приведенных на рис. 3.14.
С учетом характеристик питающего трансформатора емкость демпфирующего конденсатора С3 (С4, С5) в защитных цепях трехфазных схем выпрямления (см. рис. 3.14) обусловится по формуле
где S — мощность трансформатора, кВА;
Uобр.мах — амплитудное
Uн.т. — максимально-допустимое напряжение для защищаемых тиристоров, В;
I0 — ток холостого хода трансформатора, А.
Схемы включения RC — цепочек
Рис. 3.13
Потому что у нас Sном =14,6 кВА, Iо =0,1•6,6 = 0,66 А; UН.Т. = 400 В; Uобр.max= 290 В, то
.
При заряде конденсатора в итоге перенапряжений в контуре LC происходит колебательный процесс перехода электромагнитной энергии в электростатическую и назад. Для опции осциллирующего контура на апериодический процесс поочередно с конденсатором устанавливается резистор R3, сопротивление которого обязано быть больше двукратного волнового сопротивления этого контура
.
Для защиты от коммутационных перенапряжений используются RC — цепочки, включенные параллельно тиристорам (см. рис. 3.15).
Схема включения RC — цепочки
Рис. 3.14
Наибольшее
где ф= 25 мкс — время восстановления вентиля Т133 — 400.
Сопротивление R:
.
Ёмкость конденсатора C
где eк=5,2% — напряжение недлинного замыкания трансформатора,
ITRM=1030 А — наибольшее действующее
4. Сравнительная черта разработанного тиристорного преобразователя и промышленного аналога
Таблица 4.1 — Сравнительная черта разработанного РТП и промышленного аналога
Главные свойства
Разработанный ТП
Промышленный аналог ТП
Номинальный ток, А
50
50
Номинальное напряжение, В
230
230
Напряжение сети, В
380
380
Схема выпрямления
Мостовая шестипульсная
мостовая шестипульсная
методы включения
встречно-параллельная
встречно-параллельная
метод управления
раздельное
раздельное
Тип тиристора
Т133-400
Т133-400
количество тиристоров в плече, штук
1
1
Сглаживающий дроссель
—
—
наличие предохранителей
—
—
Тип СИФУ
Многоканальное
Многоканальное
Остывание РТП
Воздушное естественное
Воздушное естественное
Автоматический выключатель на стороне переменного тока
A 3716 Б
Iу.ср.т.р = 37 А
Iу.ср.э.р. = 630 А
АК63-3М
Автоматический выключатель на стороне неизменного тока
A 3715 Б
Iу.ср.т.р = 37 А
Iу.ср.э.р. = 600 А
—
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Спроектированный тиристорный преобразователь удовлетворяет требованием задания на проектирование, имеет пригодный по техническим данным промышленный аналог. Мостовая реверсивная схема выпрямления по сопоставлению с нулевой схемой выпрямления уменьшает частоту пульсации выпрямленного тока.
Данный тиристорный преобразователь спроектирован на обычное сетевое напряжение 380 В, что дозволяет его употреблять в любом производстве. Отсутствие уравнительных реакторов и наличие 1-го тиристора в плече, делает проект наиболее экономным и обычным в эксплуатации и обслуживании. Потому что выбраны тиристоры огромные по току, то нет в необходимости установки плавких предохранителей для защиты вентилей от недлинного замыкания. Разработана защита ТП от коммутационных перенапряжений общей цепочкой R-C, которая обязана исключить аварийные режимы в системе ТП-Д.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Косматов В.И. Проектирование электроприводов металлургического производства. Учебное пособие: Магнитогорск, МГТУ 1998, 224 с.
2. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник / И.Х. Евзеров, А. С. Горобец М.: Энергоатомиздат, 1982, 411 с.
3. Замятин В.Я. и др. Массивные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник / М.: Радио и связь, 1988, 576 с.
4. Трансформаторы серии ТСП, ТСЗП для питания комплектных тиристорных преобразователей и электроприводов: каталог 03.34.07 — 84. М.: Информэлектро, 1985, 6 с.
]]>