Силові перетворюючі пристрої
ЗАВДАННЯ 1 Розрахувати та вибрати вентилі у схемі регулювання напруги нагрівачів електропечі. Напруга
мережі Uф = 220В, споживаний струм Iн. У режимі розігріву номінальний струм споживається при половині напруги на нагрівачах. Схема перетворювача наведена на малюнку.
Вентилі вибрати для номінального режиму і перевірити по втраті потужності, по нагріванню. Дані до завдання № 1 наведені в
таблиці 1.
Таблиця 1
Потужність нагрівання. установки, Рн, кВт
| Напруга нагрів. установки, Uф, У
|
25
| 127
|
Визначаємо струм навантаження:
Середній струм фази:
Середній струм вентиля
Максимальна напруга, прикладена до вентиля одно амплітуді лінійного:
Граничний струм вентилів при природному охолодженні:
Вибираємо вентиль: Т10-50. граничний струм - Іпр = 50 А, що повторюється напруга UП = 400-1000 В, пряме падіння напруги DUПР = 1,76 В, тепловий опір Rt - 0,9 0C/Вт.
Струм через вентиль протягом першої напівхвилі
Втрати потужності у вентилі
Температура структури вентиля
Температура
розрахункова 70о С не вище допустимої. Кремнієві терістори можуть працювати при температурі 120 - 140оС.
ЗАВДАННЯ 2 Розрахувати індуктивність дроселя, встановленого в ланцюзі перетворювача електродвигуна при деякому значенні мінімального струму - Imin, чинному значенні напруги - Uп.
Харчування ланцюгів виконується від мережі з частотою 50 Гц через трансформатор. Число фаз випрямляча m = 3. Постійний коефіцієнт С = 0,1-0,25 для компенсованих машин, С = 0,5-0,6 для некомпенсованих машин. Дані до розрахунку в таблицях.
№ Вар
| Номінальна швидкість Nном, Об / хв
| Потужність, рном. кВт
| Номінальний струм, Iном, А
| Опір якоря RЯ, Ом
| Опір обмотки збудження дення RВ, Ом
| Струм обмотки збудження I В, А
| Номінальна напруга, В |
5
| 600
| 23
| 120
| 0,845
| 62
| 2,55
| 400
|
Потужність тр-ра, SНТ, кВА
| Напруга мережевий обмотки, В
| Напруга вен тільной обмотки, У
| Напруга корот кого замикання тр-ра, Uк%
|
29,1
| 500
| 410
| 5,2
|
Повна індуктивність якірного ланцюга
Гн
де
В - напруга пульсацій
m = 6, w = 314 с-1
Індуктивність якоря
Гн
С = 0,1-0,25 для компенсованих машин
С = 0,5-0,6 для некомпенсованих машин
р-число пар полюсів
n - швидкість, об / хв
Розрахункова індуктивність трансформатора, приведена до кола постійного струму
де а = 1 для нульових схем
а = 2 для мостових схем
ХТР-індуктивний опір фази трансформатора
Індуктивність дроселя
Гн
ЗАВДАННЯ 3 Побудувати регулювальну і зовнішню характеристики перетворювача. Напруга короткого замикання мережевого трансформатора UK%,
перетворювач -
тиристорний постійного струму. Граничний кут регулювання-a - залежить від схеми випрямлення. Дані для розрахунку в таблиці.
Напруга короткого замикання тр-ра UK%
| Cхема випрямлення
|
6,5
| Трифазна нульова
|
Де А-коефіцієнт нахилу зовнішньої характеристики
А = 0,5 для трифазних схем
А = 0,35 для однофазних схем
Uк% - напруга короткого замикання,
Uк% = 8 для
трансформаторів типу ТСЗП і ТСЗ
Перетворювач
працює на індуктивне навантаження і безперервний струм в області 0 <a <60.
Для побудови характеристики задаватися значеннями a = 0 ¸ 600, для зручності побудови
розрахунки в таблицю.
Розраховуємо дані,
відповідно до заданого варіанта.
Для a = 0,
= 0
Для a = 0, = 0,5
Для a = 0, = 1,0
Аналогічно знаходимо дані для a = 300 і 600, при = 0; 0,5; 1,0.
Результат обчислення заносимо в таблицю.
|
|
|
|
0
| 1
| 0,9
| 0,5
|
0,5
| 0,98
| 0,88
| 0,48
|
1,0
| 0,97
| 0,87
| 0,47
|
Будуємо за знайденими даними зовнішню характеристику.
\ S Регулювальна характеристика: Де
р - число пульсацій за період Т = p /
m = p / 1 = p
p = 2 · m = 2.3 = 6, для простих симетричних схем,
m-число фаз випрямляча
a - граничний кут регулювання
, Індуктивність ланцюга приймаємо
. Для побудови характеристики заповнюємо таблицю, задаючись значеннями 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
|
Будуємо за знайденими даними регулювальну характеристику.
\ S ЗАВДАННЯ 4
Розрахувати втрати потужності заданого перетворювача
Дані: ТСП-63 / 0,7 УХЛ вентильних перетворювачів: Uс = 660В, обмотка: Діод кремнеевий-2шт Sн.т = 58кВА, U = 205в U = 230В Рх х = 330Вт, I = 164А I = 200А Рк.з = 1900Вт Uк% = 5,5 Iх.х% = 6
Потужність втрат випрямляча:
DРd = DРв + DРт + DРф + DРв.с
Втрати у вентилі при протіканні прямого струму:
DРв = nв * DUпр * Iв.ср = 2 * 0,5 * 0,039 = 0,039 Вт
nв = 2, к-ть вентилів, за якими одночасно протікає струм у плечі моста DUпр = (0-1,2 В) - падіння напруги
Iв.ср. = Iср / 2 = 0,039; Iср = Iнагр / 1,11 = 0,088 / 1,11 = 0,079 А
Втрати в трансформаторі:
Втрати в електричних фільтрах:
DРф = I2d * rдр = 2002 * 1,2 = 48Вт
rдр = U / I = 230/200 = 1,2 Ом
DРвс = (0,5-1,5) Рd = 0,5 * 46 = 23Вт
DРd = 0,039 + +48 +23 = Вт
ЗАВДАННЯ 5
Розрахувати та вибрати тиристори в ланцюзі якоря двигуна постійного струму незалежного збудження.
Вибрати трансформатор для перетворювача в ланцюзі двигуна. Uн = 220В. Напруга випрямляча
Udo = 1,15 * Uн = 1,15 * 220 = 253В
У схемі обладнання
встановимо відсічення, що формують екскаваторні характеристику з струмом упору.
Iупор. = 1,8 * Iн = 1,8 * 120 = 216А
Приймаються струм навантаження:
Id = Iупор = 216А
Середній струм вентиля:
Iв.ср = Id / 3 = 216 / 3 = 72А
Максимальна зворотна напруга:
Uобр.макс = 1,045 * Udo = 1,045 * 253 = 264,4 В
Пряме максимальна напруга:
Uпрям.макс. = Ö6 * U2ф * sina = Ö6 * 220 * 1 = 538,9 В
Вибираю вентиль: ТЛ-200; Іпр = 250А; Uп = 400-1000В; DUпр = 0,85;
Rt = 0,180 С / Вт.
Обраний вентиль перевіряємо:
Iв = 0,577 * Id = 0,577 * 250 = 144,3 А
Втрати потужності в тиристорі:
DРв = Iв * DUпр = 144,3 * 0,85 = 122,6 Вт
Температура структури вентиля:
qв = DРв * Rt + qокр = 122,6 * 0,18 +25 = 470С <1250С,
Обраний вентиль проходить за умовами перевірки
Трансформатор вибираємо за типовою потужності та вторинному напрузі.
Sт = 1,05 * Рd = 1,05 * 253 * 216 = 57,38 кВА
U2ф = 0,427 * Udo = 0,427 * 253 = 108В
I2ф = 0,817 * Id = 0,817 * 216 = 176,5 А
Кт = U1ф/U2ф = 253/108, 03 = 2,3
Струм первинної обмотки трансформатора:
I1 = 0,817 * (Id / Кт) = 0,817 * (216 / 2,3) = 75,4 А
Вибираю трансформатор: ТСЗР-63 / 0,5-68
ЗАВДАННЯ 6
Інверторний режим нереверсивного перетворювача, статичні характеристики, діаграми.
Інвертування - це
процес перетворення постійного струму в змінний. У перетворювальних установках інверторний режим дуже часто чергується з випрямним, наприклад, в
електроприводах постійного струму. У руховому режимі перетворювальна установка виконує
функції випрямляча, передаючи потужність двигуна постійного струму. При переході електродвигуна у генераторний режим (рух під ухил, спуск вантажу, гальмування і т.д.) перетворювач працює в інверторному режимі, віддаючи енергію генерується машиною постійного струму, в мережу змінного струму. Таким чином, при інвертування джерело постійної напруги працює як генератор електричної енергії, що характеризується тим, що напрям його ЕРС і струму збігаються, а навантаження змінного струму - як споживач, у якого напряму ЕРС і струму зустрічні.
Перетворювачі частоти - це пристрої, що перетворюють змінний струм однієї частоти в змінний струм іншої частоти.
У промислових електроприводах постійного струму ефективне і разом з тим найбільш
економічне гальмування двигуна може бути досягнуто
перекладом двигуна у генераторний режим, при цьому перетворювач виконує функцію інвертора і потік потужності, змінивши напрямок, проходить від
машини постійного струму в мережу змінного напруги.
Принципова схема перетворювача, що допускає двосторонню звернення потоку потужності в вентильному
електроприводі постійного струму, наведено на малюнку.
Харчування вентиля здійснюється через дві трифазні групи обмоток, з'єднаних в зигзаг. Виходи від перетворювачів приєднані до зовнішніх затискачів машини протилежними полюсами. При такій перехресної схеми система сіткового
управління одного з перетворювачів налаштовується на роботу його в якості випрямляча, що живить двигун, а в іншого - на роботу його в якості інвертора, веденого мережею. Останній забезпечує режим генераторного гальмування.
Сполучення кутів a і b визначають положення зовнішніх характеристик, здійснюється, виходячи з рівності середніх значень напруги на випрямлячі і инвертор при такому мінімальному значенні постійного струму, нижче якого крива випрямленого струму стає переривчастою. При такому сполученні кутів a і b не тільки забезпечується плавний перехід від випрямного режиму до інверторному, але й прийнятна величина циркуляційного струму, що протікає по замкнутих контурах анодних гілок випрямляча та інвертора.
При зменшенні струму двигуна, при знятті навантаження швидкість обертання двигуна зросте, при мінімумі струму перетворювач переходить у інверторний режим. У приводі з'являється при цьому гальмівний момент. Для отримання мінімального часу гальмування кут випередження b інвертора поступово збільшується в міру зниження швидкості генератора.
Рух робочої точки в режимі форсованого гальмування проходить за зигзагоподібної кривої (ліва частина малюнка), що включає пунктирні і проміжні ділянки і ділянки інверторних характеристик.
При виконанні перетворювача по перехресній схемі можлива зміна напрямку обертання (реверс). При цьому змінюється настройка кутів управління: у инвертор від кутів b відбувається перехід на кути a. А у випрямлячі кути a замінюються кутами b.
ЛІТЕРАТУРА 1.
Преображенський В.І.,
Напівпровідникові випрямлячі. М.: Вища
школа. 1986
2.
Промислова електроніка. Каганов І.Л., М. «Вища школа», 1988.
3.
Довідник з проектування автоматизованого
електроприводу та систем управління технологічними процесами. Під
редакцією Круповіча В.І., Барибін Ю.Г., самовер М.Л. Видання третє. М.: Вища школа. 1982.
4. Беркович Є.І., Ковальов В.М, Ковальов Ф.І. і др.Полупроводніковие випрямлячі. М.:
Енергія, 1978.