Преобразователь системы ТП-Д

Курсовая работа

Преобразователь системы ТП-Д

• Исходные данные
• Введение
• 1. Выбор схемы преобразователя
• 2. Электрический расчет силового трансформатора
• 3. Выбор вентилей
• 4. Расчет основных параметров сглаживающего и уравнительного реакторов
• 5. Расчет механических характеристик
• 6. Выбор СИФУ
• Заключение
• Библиографический список
• Приложения
• Исходные данные
• Таблица 1. Исходные данные для расчёта. Вариант 26

PN, кВт

UяN, В

IяN, А

nN, об/мин

Rя.дв., мОм

t°, °C

Кл. из.

Lя, мГн

лI

tп, с

Iя (p), %

Доп требов.

Н

2,4

• PN — мощность двигателя
• UN — напряжение якоря номинальное
• IN — ток якоря номинальный
• nN — скорость вращения двигателя номинальная
• RЯ — сопротивление якоря
• H — класс изоляции обмоток якоря
• л — индуктивность якорной цепи двигателя LЯ = 2,7 мГн, допустимая перегрузка
• tП — время перегрузки
• I (p)* - величина пульсации тока
• IЯ.ГР.MAX* - величина зоны граничного тока якоря
• Дополнительное требование: 4 — максимальное напряжение на якоре должно быть до 1,3 UяN

Сначала выбираем пульсность схемы исходя из мощности привода и дополнительных требований. Чем больше пульсность, тем короче интервал повторяемости и тем выше быстродействие привода, но выше стоимость. Выбираем оптимальный вариант: пульсность p = 6 для мощностей 0,5−2000 кВт.

Выбираем мостовую трехфазную схему, так как она обладает значительными достоинствами по сравнению с нулевыми схемами прежде всего сточки зрения использования тиристоров и трансформаторного оборудования.

Выполняем реверсивный преобразователь двухкомплектным по встречно-параллельной схеме, потому что при этой схеме габаритные размеры трансформаторного оборудования получаются существенно меньшими, чем при перекрестной схеме.

На основании технических данных двигателя постоянного тока и требований к электроприводу выполнить электрический расчет тиристорного выпрямительно-инверторного преобразователя (управляемого выпрямителя) и его системы управления, рассчитать характеристики разомкнутой системы ТП-Д. Преобразователь выполняется на нестандартное выходное напряжение и на стандартный ток, реверсивным с раздельным управлением, если нет дополнительных указаний.

1. Выбор схемы преобразователя

Рисунок 1. Схема силовой цепи мостового трехфазного шестипульсного преобразователя

Рисунок 2. — Принципиальная схема реверсивного тиристорного преобразователя, работающего на двигатель постоянного тока.

2. Электрический расчет силового трансформатора

Электрический расчет выполняется с целью определения необходимых параметров трансформатора, от которых зависят свойства и характеристики преобразователя и привода.

1) Выбираем номинальный выпрямленный ток преобразователя из стандартного ряда по ГОСТ 6827–76, он должен превышать номинальный ток двигателя (I яN =192 А).

Примем IdN = 200 А.

2) Номинальный вторичный ток трансформатора:

I2N = k2IdN

где коэффициент линейного вторичного тока трансформатора k2? 0,816 из табл. 1

I2N = 0,816•200 = 163,2 А.

3) Предварительно находим RЯ — сопротивление якорной цепи двигателя при расчетной рабочей температуре

RЯ = ktRя.дв.

где kt — коэффициент увеличения сопротивления при нагреве обмотки до расчетной рабочей температуры 75 °C из табл. 1, kt = 1,38.

мОм.

4) После чего находим kR — коэффициент, учитывающий падение напряжения на внутренних сопротивлениях преобразователя и дросселей определяется по формуле где RПЭ* - эквивалентное активное сопротивление преобразователя в относительных единицах, которое включает сопротивление обмоток трансформатора и сопротивление, обусловленное коммутацией вентилей предварительно принимаем

RПЭ* = Rя· (IяN /UяN) = 74,52 (192/220) = 0,065 о.е.

5) Определяем необходимое номинальное вторичное напряжение трансформатора из требуемой наибольшей ЭДС преобразователя

где

kC — коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжения сети, примем kС = 0,9;

kб — коэффициент, учитывающий падение напряжения в реверсивных преобразователях с совместным управлением, по таблице kб = 1,0;

kE = 1,35 — коэффициент выпрямленного напряжения (линейный);

kEФ = 2,34 — коэффициент выпрямленного напряжения (фазный);

принимаем — минимальный угол управления;

коэффициент корректировки величины максимального напряжения преобразователя:

Принимаем, так как в дополнительных условиях указано, что максимальное напряжение на якоре должно быть до 1,3 UяN.

В, В Т.к. U2N отличается от стандартного сетевого 220 В не более чем на 20%, то принимаем безстрасформаторное питание через токоограничивающие реакторы.

6) ЭДС преобразователя при номинальных напряжениях и угле управления =0

В

7) Типовая мощность трансформатора:

где — коэффициент типовой мощности из табл. 1

Принимаем питание первичной обмотки трансформатора 380 В из таблицы стандартных значений напряжений первичных обмоток (табл. 2.).

8) Действующее значение линейного первичного тока:

Где k1 =0,816 — коэффициент линейного тока первичный

9) Индуктивное сопротивление токоограничивающих реакторов:

10) Индуктивное сопротивление, которое вносится в цепь выпрямленного тока:

11) Активное сопротивление токоограничивающего реактора:

12) Активное сопротивлени, которое вносится в цепь якоря :

13) Вносимая в цепь постоянного тока индуктивность преобразователя:

— угловая частота.

3. Выбор вентилей В ходе проектирования выбираются типы вентилей и их класс по напряжению. Тип полупроводникового вентиля определяется средним выпрямленным током и требуемой перегрузочной способностью, а класс — максимальными повторяющимися (мгновенными) напряжениями.

Сначала выбираем способ охлаждения. Выбираем принудительное воздушное охлаждение, чтобы обеспечить условие допустимой перегрузки по току.

1) Средний ток тиристора определяется по выражению:

где nш — количество вентилей в преобразователе, исключая параллельное и последовательное соединения, т. е. подсоединенных к одной выходной шине nш = 3;

А.

Предварительно выбираем тиристор с предельным током в 6−10 раз превышающим его средний ток при естественном охлаждении Т133−400

UT (TO) =1,05 B — пороговое напряжение тиристора в открытом состоянии

rt = 0,68 Oм — дифференциальное сопротивление тиристора в открытом состоянии

Rthja = 0,137^оС/Вт — тепловое сопротивление переход — охлаждающая среда с определенным охладителем, применяется принудительное охлаждение (V= 6 м/с)

Tjm = 125^oC — максимально допустимая температура p-n перехода

Ta = 50^oC — температура окружающей среды

kф = - коэффициент формы тока тиристора Класс вентилей: 4 — 16

2) Максимально длительно допускаемый средний ток тиристора:

3) Определяем коэффициент запаса по току:

.

4) При номинальном токе установившаяся температура p-n перехода при номинальном токе:

°С где мощность рассеяния тиристора в открытом состоянии при номинальном токе преобразователя

5) Максимально допустимая мощность рассеяния, при которой за время перегрузки (60с) температура перехода достигает максимально допустимой величины:

Где (т.к. длительность перегрузки 60 с) — Переходное тепловое сопротивление

6) Максимально допустимый ток предварительно нагретого тиристора за время перегрузки:

7) Максимально допустимый ток перегрузки преобразователя с полуторократным запасом:

573,095

Условие допустимой перегрузки по току:

IЯ.MAX = л· IЯN? Id60m,

2,4 · 192 = 460,8А? 573,095 А — условие выполняется.

8) Максимальное импульсное рабочее напряжение:

где kсп=1,1 — коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения в сети

9) Определим класс вентилей по формуле:

Класс вентилей = 14

4. Расчет основных параметров сглаживающего и уравнительного реакторов

1) Рассчитаем индуктивность якорной цепи двигателя:

где CL=2 — постоянная, для компенсированных тихоходных двигателей

pп=2- число пар полюсов двигателя (для номинальной частоты вращения двигателя n=575 об/мин),

2) Допустимая величина тока якоря в относительных единицах:

3) Индуктивность сглаживающего реактора:

Где — относительная величина ЭДС низшей гармоники преобразователя для p = 6 из табл. 4

— угловая частота.

Отсюда следует, что сглаживающие реакторы не требуются, так как индуктивность, имеющаяся в цепи уже способна ограничить эти токи. .

4) Максимальный граничный ток (при б = 90°):

где коэффициент граничного тока из табл. 4, индуктивность цепи якоря

Гн.

5) Для ограничения скорости нарастания тока короткого замыкания, необходимая индуктивность сглаживающего реактора вычисляется по формуле

Lо.к.з.= ,

Где

ITSMm = 7 кА — допускаемое значение ударного неповторяющегося тока тиристора в открытом состоянии при длительности протекания 10 мс и максимально допустимой температуре перехода; LУР — индуктивность уравнительного дросселя.

IУР = 0,1· IЯN = 0,1· 192 = 15,9 А.

Ошибка! Закладка не определена. мГн.

Для ограничения скорости нарастания тока короткого замыкания дроссель не требуется.

удовлетворяет данному условию.

5. Расчет механических характеристик Расчёт механических характеристик мы произвели в специальной расчётной программе.

Для расчёта нам необходимо знать значения:

1) В — действующее значение линейного напряжения

2) max ток, до которого будем считать

3) эквивалентное активное сопротивление якорной цепи

=106,8 мОм

4) индуктивное сопротивление якорной цепи

=2,496 мГн

5) — индуктивное сопротивление рассеяния одной фазы токоограничивающего реактора

6) p = 6 — пульсность схемы преобразователя

7) коэффициент двигателя, где падение напряжения на щеточных контактах двигателя

8) электромагнитный момент номинальный

649,536 Нм

9) максимальный эл.магн. момент В результате получили данные, с помощью которых построили механические характеристики режимов РПТ и РНТ (рисунки 2 и 3).

Рисунок 3. Механические характеристики РПТ Рисунок 4. Механические характеристики РНТ Характеристика ограничена углами в 15є и 145є, так как иначе это привело бы к опрокидыванию преобразователя, что может привести к аварии.

Также были рассчитаны регулировочная и фазовая характеристика, соответственно рисунок 5 и рисунок 6.

гдеамплитуда развертывающего напряжения.

=10 В — макс. напряжение управления равно амплитуде развертывающего Таблица 2. Регулировочные и фазовые характеристики

а, град	а, рад	Uу	Ed
			436,657
15,2036	0,265 353	9,65	421,374
45,573	0,795 399		305,659
	1,47 198		218,328
78,46 304	1,369 438		87,331
89,42 703	1,560 796	0,1	4,3666
	2,94 395	— 5	— 218,328
134,427	2,346 194	— 7	— 305,659
144,9848	2,530 462	— 8,19	— 357,62

Рисунок 5. Фазовые характеристики Рисунок 6. Регулировочные характеристики

6. Выбор СИФУ Рисунок 7. Принципиальная схема одного канала СИФУ Рисунок 8. Функциональная схема реверсивного преобразователя

Заключение

Проектирование начинается с выбора принципов работы каждого устройства, входящего в систему импульсно-фазового управления выпрямительно-инверторного преобразователя. Выбирается тип фазосдвигающего устройства, тип усилителей мощности управляющих тиристорами импульсов, форма и длительность этих импульсов, напряжение питания усилителей мощности и всех остальных устройств.

В СИФУ устанавливаем многоканальное ФСУ, достоинством которого является высокое быстродействие и сравнительная простота. Усилители мощности импульсов управления применяем с трансформаторной потенциальной развязкой на транзисторе с импульсным трансформатором, как наиболее простые усилители мощности. Формирователь длительности импульсов управления представляет собой заторможенный одновибратор, который является наиболее распространенным.

Ячейку ФСУ выполняем с косинусоидальным развертывающим напряжением из-за ее простоты и точность формирования угла и линейность регулировочной характеристики преобразователя в такой ячейке определяются соотношением только двух входных резисторов.

Фильтры синхронизирующих напряжений выполняем активными первого порядка, они имеют большие возможности, чем пассивные, большое разнообразие, меньшие габариты и стоимость.

Библиографический список

Лихошерст В. И. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии для электроприводов с двигателями постоянного тока. Свердловск: УПИ, 2007. 80 с.

Лихошерст В. И. Системы управления полупроводниковыми преобразователями электрической энергии: Учебное пособие. 2-е изд., испр. Екатеринбург: УГТУ, 2010. 104 с.

Расчет полупроводникового преобразователя системы ТП-Д: Методические указания к курсовой работе по курсу «Электронные, микропроцессорные и преобразовательные устройства» / В. И. Лихошерст. Свердловск: УПИ, 2011. 37 с.

Расчет системы импульсно-фазового управления (СИФУ): Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Преобразовательные устройства» / В. И. Лихошерст, А. В. Костылев. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008. 36 с.

Руденко В.С., Сенько В. И., Чиженко И. М. Основы преобразовательной техники: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 2010. 42

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

преобразователь электрический трансформатор реверсивный

Приложение 4

Приложение 5