Разработка тиристорного преобразователя
Достоинства полупроводниковых преобразовательных устройств. Назначение тиристорных преобразователей и их основные характеристики. Проектирование и технологический расчет реверсивного тиристорного преобразователя, работающего на двигатель постоянного тока.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.03.2015 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Оглавление
- Введение
- 1. Технические условия на разработку
- 2. Выбор тиристорного преобразователя
- 4. Выбор тиристоров. Расчет силового модуля
- 5. Расчет индуктивности и выбор сглаживающего дросселя
- 6. Выбор СИФУ. Расчет фазовых характеристик
- 7. Внешние характеристики тиристорного преобразователя
- 8. Расчёт энергетических характеристик
- 9. 3ащита тиристорного преобразователя
- 9.1 Защита плавкими предохранителями
- 9.2 Защита автоматическими выключателями
- 9.4 Контроль напряжения питающей сети, выпрямленного напряжения и тока
- 9.5 Контроль изоляции
- Заключение
Введение
Тиристорные преобразователи служат для преобразования переменного напряжения или тока в постоянное, постоянного напряжения или тока в переменное. Основными характеристиками ТП являются коэффициент полезного действия, коэффициент мощности и другие энергетические характеристики. преобразователь тиристорный реверсивный ток
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.
В тиристорном преобразователе можно выделить силовую часть и систему управления. Силовая часть состоит из узлов, которые рассчитаны на протекание в них полного тока нагрузки. К ним относятся автоматические выключатели на стороне постоянного и переменного тока, питающий трансформатор или токоограничивающий реактор, силовые тиристоры, число и схема соединения которых определяются номинальными данными и режимом работы электропривода, сглаживающий дроссель и др.
Система управления регулирует поток энергии от сети переменного тока к электродвигателю и обратно путем формирования в определенные моменты времени отпирающих импульсов, подаваемых на управляющие переходы тиристоров, а также воздействием на коммутационные аппараты силовой части электропривода.
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.
1. Технические условия на разработку
В качестве нагрузки тиристорного преобразователя применен двигатель постоянного тока параллельного возбуждения типа 2ПН280МУХЛ4, сеть трехфазного переменного тока 380 В, режим работы электропривода реверсивный. Технические данные двигателя представлены в таблице 1.1
Таблица 1.1- Технические данные двигателя 2ПН280МУХЛ4
|
N п/п |
Наименование |
Ед. изм. |
Величина |
|
|
1. |
Номинальная мощность, Рн |
кВт |
30 |
|
|
2. |
Номинальное напряжение,Uн |
В |
440 |
|
|
3. |
Номинальный ток якоря, Iн |
А |
80.69 |
|
|
4. |
Номинальная скорость вращения, nн |
об/мин |
600 |
|
|
5. |
Перегрузочная способность, |
-- |
2.5 |
|
|
6. |
КПД,з |
% |
84.5 |
|
|
7. |
Сопротивление обмоток при 20о С -- якоря, rя -- добавочных полюсов, rдп -- обмотки возбуждения, rв |
Ом Ом Ом |
0.185 0.0817 30 |
|
|
8. |
Максимальная скорость вращения, nmax |
об/мин |
1500 |
Номинальный ток якоря, IН найдем из выражения
2. Выбор тиристорного преобразователя
Для заданной мощности Рн=30 кВт, напряжения Uн=440 В, тока Iн=80,69 А, перегрузочной способности =2.5 наиболее целесообразной схемой выпрямления является трехфазная мостовая схема с питанием от сети переменного тока 380 В, реакторный вариант; преобразователь реверсивный по встречно-параллельной схеме с раздельным управлением вентильными группами.
При определении номинальных значений выпрямленного напряжения и тока необходимо обеспечить
и учесть,
Этим условиям отвечает тиристорный преобразователь со следующими номинальными данными:
где - перегрузочная способность тиристорного преобразователя в течении 10 с.
Расчетным данным удовлетворяет тиристорный преобразователь из серии КТЭ-100/440-531 -3ВД УХЛ4 на.
Принципиальная схема реверсивного тиристорного преобразователя приведена на рисунке 2.1. Силовая схема реверсивного тиристорного преобразователя приведена на рисунке 9.5.1.
В структуре условных обозначений КТЭ под номинальным напряжением понимается номинальное напряжение на двигателе , тогда как номинальное выпрямленное напряжение тиристорного преобразователя (с учетом падения напряжения в соединительных шинах, кабелях, сглаживающем дросселе).
КТЭ - комплектный тиристорный электропривод;
100 - номинальный ток;
440 - номинальное напряжение электропривода;
5 - количество питаемых двигателей: однодвигательный с линейным контактором;
3 - режим работы: реверсивный с реверсом тока в якорной цепи;
1 - связь с питающей линией: реакторное исполнение;
УХЛ - климатическое исполнение;
4 - категория размещения по ГОСТ 15150-69.
Рисунок 2.1 - Принципиальная схема реверсивного тиристорного преобразователя, работающего на двигатель постоянного тока
3. Выбор токоограничивающего реактора
Максимальное значение выпрямленной ЭДС при
В,
Силовой реактор выбирается по следующим номинальным данным:
Фазное напряжение
Фазный (линейный) ток
Исходя из тока фазы Iф=81.6 А и напряжения питающей сети Uс=380 В выбирается токоограничивающий реактор РТСТ-82-0.505УЗ
Up=410В- номинальное линейное напряжение питающей сети.
Ip=82А- номинальный фазный ток.
Lp=0.505мГн-номинальная индуктивность фазы.
Rp=37мОм- активное сопротивление реактора.
Xp=
4. Выбор тиристоров. Расчет силового модуля
На основании номинальных данных преобразователя и трансформатора необходимо выбрать тиристоры, схему соединения и число вентилей в плече.
Для трехфазной мостовой схемы выпрямления при А и выбираются тиристоры серии Т со следующей технической характеристикой:
Т 171 - 100 - 4 - 3 - УХЛ2.
Структура обозначения тиристора следующая:
Т-тиристор;
1 - порядковый номер модификации конструкции;
71 - обозначение диаметра корпуса;
100 - максимально допустимый средний ток в открытом состоянии, при tкopnyca =90С;
10 - повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии, 1000В(класс).
4 - критическая скорость нарастания напряжения в открытом состоянии, не менее 200 В/мкс. для 4 гр.;
3 - время выключения для гр. 3 не более 166 мкс;
УХЛ - климатическое исполнение;
2 - категория размещения по ГОСТ 15150-69.
Тиристоры серии Т допускают эксплуатацию при температуре окружающей среды от -60о до +55оС с охладителями в соответствии с ТУ-16-729,377-83, с критической скоростью нарастания тока . Время обратного восстановления тиристора не более 40 мкс, падение напряжения в открытом состоянии не более 2.0 В, максимально-допустимый действующий ток в открытом состоянии с охладителем конструкции 0111-60 находится в пределах (220-640) А при естественном охлаждение.
Число параллельно включенных тиристоров в плече определяется
где m=3 - число фаз питающей сети;
Iпр - предельный ток выбранного тиристора;
k1 = 0,9 - коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки параллельно включённых тиристоров;
k2 = 0,9 - коэффициент, учитывающий неравномерную длительность включения тиристоров;
k3 = 1- для вынужденного охлаждения;
Iпр - предельный ток выбранного тиристора;
По результатам расчётов принимается необходимое (целое) число параллельно включенных тиристоров в плече (принимается один тиристор в плече).
Число последовательно включенных тиристоров в плече
,
где - максимальное обратное напряжение на тиристоре
В;
- коэффициент запаса по напряжению;
В - номинальное напряжение тиристора (соответствует классу тиристора).
По результатам расчета принимается один тиристор.
Так как число параллельно и последовательно включенных тиристоров принято равным единице, то нет необходимости в установке индуктивных делителей тока и делителей напряжения.
Рисунок 4.1 - Вентильная часть реверсивного тиристорного преобразователя
5. Расчет индуктивности и выбор сглаживающего дросселя
Сглаживающий дроссель включается последовательно с якорем двигателя и его индуктивность рассчитывается следующим образом.
Критическая индуктивность силовой цепи из условия сглаживания пульсаций выпрямленного тока.
мГн
где принятая величина действующего значения основной гармоники переменной составляющей выпрямленного тока.
Критическая индуктивность силовой цепи из условий ликвидации прерывистого режима на холостом ходу двигателя
(принят).
где б - угол регулирования, при котором двигатель работает с током и заданной скоростью
- постоянная двигателя при Ф = Фн = const, Вс
Вс
- активное сопротивление двигателя с учётом сопротивления якоря, компенсационной обмотки и добавочных полюсов, приведенное к рабочей температуре 80оС,
Из двух значений критической индуктивности выбирается большее, и по уравнению
определяется требуемая индуктивность сглаживающего дросселя.
мГн
Здесь мГн
- эмпирический коэффициент (для компенсированных машин =0,1-0,25, для некомпенсированных =0,6);
Так как <0 следовательно индуктивность якоря больше критической индуктивности, то дроссель не нужен.
6. Выбор СИФУ. Расчет фазовых характеристик
Для управления тиристорным преобразователем выбирается многоканальная синхронная система импульсно-фазового управления (СИФУ) с опорным синусоидальным напряжением и вертикальным принципом регулирования фазы отпирающих импульсов.
СИФУ комплектных тиристорных электроприводов серии КТЭ состоит из ячейки фазосмещения, ячейки формирования импульсов, ячейки переключающего устройства (ЛПУ) и представлена на рис 6.1 в составе функциональной схемы преобразовательной части. СИФУ серии КТЭ имеет следующие особенности: косинусоидальное опорное напряжение, шестиканальное устройство фазосмещения для обоих выпрямительных мостов в реверсивных преобразователях, высокочастотное заполнение узких отпирающих импульсов, использование сигналов с трансформаторов переменного тока или датчиков постоянного тока подключенных к шунту в цепи нагрузки и с датчиков закрытого состояния тиристоров для работы логического переключающего устройства (ЛПУ).
Рисунок 6.1 - Функциональная схема преобразовательной части электропривода
Рисунок 6.2 - Узел формирования опорного напряжения
Рисунок 6.3 - Узел фазосмещения
Как следует из функциональной схемы рисунок 6.1 СИФУ состоит из узла формирования опорных напряжений Z, узла фазосмещения АТ и переключающего устройства АВ.
Узел формирования опорных напряжений (рисунок 6.2) включает в себя синхронизирующий трехфазный трансформатор с двумя группами вторичных обмоток (СТ), которые можно включать по схемам звезды или треугольника, и ячейку фильтра Z с тремя каналами апериодических фильтров, обеспечивающих фазовый сдвиг на 60о (240о при учете инвертирования напряжений операционными усилителями). Амплитуда опорных напряжений после фильтра В.
Узел фазосмещения АТ (рисунок 6.3) формирует шесть последовательностей импульсов для выпрямительного моста VSF (“В”) или для моста VSB (“Н”), которые усиливаются усилителями A-F, A-B.
Узел фазосмещения состоит из шести компараторов А7.1, А7.2, А8.1, А8.2, А9.1, А9.2 на входе которых сравниваются напряжения управления и соответствующее опорное напряжение .
На один из входов усилителя А5.1, имеющего коэфициент передачи равный 1, поступает сигнал управления Uу из системы автоматического регулирования, а на второй вход - напряжение начального согласования Uо, обеспечивающее начальный угол управления при . Постоянная времени цепи обратной связи А5.1 - 0.1 мс. Коэффициент передачи инвертирующего усилителя А5.2 также равен 1.
Сравнение и опорного напряжения соответствующей фазы (AF, BF или CF) осуществляется на компараторах А7 - А9, причем на компараторах А7.1 - А9.1 подается , а на компараторы А7.2 - А9.2 - . По переходу сигналов на выходах компараторов А7.1, А8.1, А9.1 из “1” в “0” - формируется напряжение прямоугольной формы группы “вперед” VSF (AS, BS, CS). Из трех сигналов фазосмещения формируется шесть импульсов. Это можно осуществить логической обработкой сигналов фазосмещения и 180-градусных ограничений, в результате которой получают сигналы фазосмещений также длительностью 180 электрических градусов. При этом по фронту этих сигналов отпираются тиристоры катодной группы “вперед”, а по спаду - тиристоры анодной группы “вперед”.
По переходу сигналов на выходе компараторов А7.2, А8.2, А9.2 из “1” в “0” - формируются импульсы группы “назад”. После логической обработки также получают шесть 180-градусных сигналов, по фронту и спаду которых формируются импульсы катодной и анодной группы тиристоров “назад”.
Выбор работающего моста осуществляется логическим переключающим устройством АВ в зависимости от полярности напряжения переключения Uп и абсолютного значения тока нагрузки или состояния тиристоров силового моста. Устройство АВ формирует логические сигналы выбора моста VSF или VSB, переключает полярность задания начального угла Uо и вырабатывает сигнал бестоковой паузы , по которому снимаются импульсы с обоих выпрямительных мостов. Сигнал , появляющийся одновременно с сигналом , но исчезающий несколько позже, служит для отключения задания тока во время бестоковой паузы. По сигналу срыва импульсов импульсы снимаются с обоих мостов.
Измерение тока производится трансформаторами переменного тока , установленных в фазах силового трансформатора, или датчиками постоянного тока, подключенными к шунту в цепи нагрузки. Оба этих датчика не могут обеспечить достаточно высокую чувствительность измерения тока и поэтому являются «грубыми» датчиками. Для получения быстродействующей системы реверса тока наличие «грубого» датчика необходимо , так как по его команде производится срыв импульсов, что ускоряет спадание тока в выходящей из работы группе.
Кроме измерения тока силовой цепи в преобразователе производится контроль состояния силовых тиристоров с помощью блока датчика состояния тиристоров, который непосредственно фиксирует моменты запертого состояния всех тиристоров силового моста. По команде этого датчика начинается отсчет бестоковой паузы (1-2 мс), которая может быть рассчитана на время, необходимое для восстановления запирающих свойств тиристоров.
В работе схемы АВ принимает участие один из «грубых» датчиков и «тонкий» датчик.
Защита осуществляется узлом АF, который воспринимает нагрузку в цепи переменного тока и в цепи постоянного тока , а также сигнал «Авария», вырабатываемый в схеме управления электроприводом. Узел AF через узел ускоренного отключения A-R отключает автоматический выключатель главной цепи QF, воздействуя на его независимый расцепитель, снимает сигнал готовности в схеме управления электроприводом и сдвигает управляющие импульсы в инверторную область.
Расчет фазовых и регулировочных характеристик преобразователя с пилообразным опорным напряжением производится по формулам
;
где
90° -120° начальный угол согласования характеристик, принимается 95°;
=10 В - максимальное значение опорного напряжения;
Максимальное значение угла регулирования
,
где
- угол коммутации при Idm;u ,
- угол восстановления запирающих свойств тиристора,
;
=160 мкс- время выключения тиристора Т 171 - 320;
=3°-допустимая асимметрия импульсов.
Угол коммутации при Imax =2.5IH
где
- номинальный угол, соответствующий номинальному режиму работы двигателя,
Максимальная ЭДС тиристорного преобразователя с точки зрения безопасного инвертирования при =161.260 составляет
Коэффициент усиления тиристорного преобразователя определится по формуле с использованием регулировочных характеристик Edo= f(б) рисунке
По приведенному уравнению рассчитаны фазовые = f(Uy) и регулировочные характеристики Ed=( Uy). выпрямительных мостов групп "Вперёд" и "Назад", данные расчета приведены в таблице 6.1
Таблица 6.1 - Фазовые и регулировочные характеристики СИФУ
|
Uу, В |
-10 |
-9 |
-8 |
-7 |
-6 |
-5 |
-4 |
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
|
|
б1 град |
185 |
176 |
167 |
158 |
149 |
140 |
131 |
122 |
113 |
104 |
95 |
|
|
б2 град |
5 |
14 |
23 |
32 |
41 |
50 |
59 |
68 |
77 |
86 |
95 |
|
|
Ed1, В |
-511 |
-512 |
-500 |
-476 |
-440 |
-393 |
-337 |
-272 |
-200 |
-124 |
-45 |
|
|
Ed2, В |
-511 |
-498 |
-472 |
-435 |
-387 |
-330 |
-264 |
-192 |
-115 |
-36 |
45 |
|
|
Uу, В |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
б1 град |
95 |
86 |
77 |
68 |
59 |
50 |
41 |
32 |
23 |
14 |
5 |
|
|
б2 град |
95 |
104 |
113 |
122 |
131 |
140 |
149 |
158 |
167 |
176 |
185 |
|
|
Ed1, В |
-45 |
36 |
115 |
192 |
264 |
330 |
387 |
435 |
472 |
498 |
511 |
|
|
Ed2, В |
45 |
124 |
200 |
272 |
337 |
393 |
440 |
476 |
500 |
512 |
511 |
Фазовые характеристики реверсивного тиристорного преобразователя приведены на рисунке 6.4.
Рисунок 6.4 - Фазовые характеристики реверсивного тиристорного преобразователя
Рисунок - 6.5. Регулировочные характеристики реверсивного тиристорного преобразователя.
7. Внешние характеристики тиристорного преобразователя
Расчёт и построение внешних характеристик
При пилообразном опорном напряжении Э.Д.С. тиристорного преобразователя
,
Рисунок 7.1 - Схема замещения реверсивного тиристорного преобразователя при работе на якорь двигателя.
Внешняя характеристика тиристорного преобразователя Ud=f(б) при a=const (одной выпрямительной группы) в режиме непрерывного тока может быть представлена следующим уравнением
.
При л=2р/3 в граничном режиме
;
В непрерывном режиме напряжение и ток определяются по следующим формулам:
.
При л = 0 ()
,
а при
По приведенным формулам рассчитаны зависимости (см. таблиц 7.1) при различных б = 15?, 30?, 60?, 75?, 90?, 120?, 135?, 160?, которые представлены на рисунке 7.2
Таблица 7.1 - Зависимости Ud=() при =var.
|
б=15 град Idгр.=1,73 |
|||||||||
|
л,град |
0 |
40 |
48 |
56 |
60 |
||||
|
Id, A |
0 |
0,15 |
0,46 |
1,03 |
1,73 |
30 |
50 |
70 |
|
|
Ud, В |
537 |
520,55 |
511,4 |
499 |
491,13 |
484,75 |
480,24 |
475,7 |
|
|
б=30 град Idгр.=3,335 |
|||||||||
|
л,град |
0 |
30 |
46 |
54 |
60 |
||||
|
Id, A |
0 |
0,19 |
1 |
2,76 |
3,335 |
30 |
50 |
70 |
|
|
Ud, В |
537 |
509,18 |
477,5 |
457 |
439,52 |
433,5 |
428,9 |
424,4 |
|
|
б=45 град Idгр.=4,72 |
|||||||||
|
л,град |
0 |
34 |
48 |
54 |
60 |
||||
|
Id, A |
0 |
0,55 |
1,83 |
2,76 |
4,72 |
30 |
50 |
70 |
|
|
Ud, В |
519 |
445,08 |
401,53 |
380,75 |
357,68 |
351,98 |
347,47 |
342,96 |
|
|
б=60 град Idгр.=5,77 |
|||||||||
|
л,град |
0 |
32 |
44 |
54 |
60 |
||||
|
Id, A |
0 |
0,63 |
1,77 |
3,46 |
5,77 |
30 |
50 |
70 |
|
|
Ud, В |
465 |
364,48 |
318,79 |
277,98 |
251,2 |
245,73 |
241,22 |
236 |
|
|
б=75 град Idгр.=6,44 |
|||||||||
|
л,град |
0 |
32 |
42 |
54 |
60 |
||||
|
Id, A |
0 |
0,76 |
1,79 |
3,93 |
6,44 |
30 |
50 |
70 |
|
|
Ud, В |
379 |
253,16 |
209,72 |
155,99 |
127,32 |
122,02 |
117,52 |
113 |
|
|
|
б=90 град Idгр.=6,67 |
||||||||
|
л,град |
0 |
32 |
42 |
54 |
60 |
|
|
|
|
|
Id, A |
0 |
0,85 |
1,94 |
4,12 |
6,67 |
30 |
50 |
70 |
|
|
Ud, В |
268 |
124,3 |
278,2 |
23,1 |
-5,5 |
-10,76 |
-15,275 |
-19,785 |
|
|
|
б=120 град Idгр.=5,77 |
||||||||
|
л,град |
0 |
32 |
44 |
54 |
60 |
|
|
|
|
|
Id, A |
0 |
0,84 |
2,09 |
3,68 |
5,77 |
30 |
50 |
70 |
|
|
Ud, В |
0 |
-150,21 |
-200,4 |
-239,04 |
-261,8 |
-261,8 |
-267,265 |
-271,775 |
|
|
|
б=135 град Idгр.=4,717 |
||||||||
|
л,град |
0 |
28 |
40 |
52 |
60 |
|
|
|
|
|
Id, A |
0 |
0,51 |
1,39 |
2,79 |
4,717 |
30 |
50 |
70 |
|
|
Ud, В |
-138 |
-261,95 |
-306,02 |
-344,59 |
-367,81 |
-373,51 |
-378 |
-382,53 |
|
|
|
б=160 град Idгр.=2,28 |
||||||||
|
л,град |
0 |
24 |
36 |
48 |
60 |
|
|
|
|
|
Id, A |
0 |
0,23 |
0,66 |
1,28 |
2,28 |
30 |
50 |
70 |
|
|
Ud, В |
-345 |
-424,39 |
-452,28 |
-473 |
-486,58 |
-492,82 |
-497,33 |
-501,84 |
|
Рисунок 7.3 - Внешние характеристики тиристорного преобразователя
8. Расчёт энергетических характеристик
Энергетические характеристики тиристорных преобразователей оцениваются коэффициентом мощности и коэффициентом полезного действия
Коэффициент мощности в самом общем случае может быть определен как отношение активной мощности, потребляемой преобразователем Р, к полной мощности S (кажущейся мощности для несинусоидальных токов)
В случае ,что справедливо для мощных сетей, коэффициент искажения по напряжению
а по току
величина, которого для трехфазного мостового выпрямителя .
Активная мощность, потребляемая из сети
,
где
Для регулируемого мостового выпрямителя с учетом процесса коммутации (у<30°) коэффициент мощности определяется по формуле:
,
где - коэффициент искажения кривой первичного тока с учетом коммутации.
Активная и реактивная мощности по первой гармонике тока
;
,
где
;
.
Мощность искажения (дисторции)
Рассчитаем и построим зависимости S,P,Q,D для спроектированного тиристорного преобразователя при изменении от до в режиме непрерывного тока и условии неизменной гладкой составляющей выпрямленного тока ldH= 0 A.
Порядок расчета следующий: определяются следующие величины
1. Линейный (фазный) ток
2.Первая гармоника первичного фазного (линейного) тока
.
3. Коэффициент искажения по току с учётом коммутации
Угол регулирования б в расчётах принимается от бmin = 15? до бmax = 150? -
6. Полная мощность
7. Активная мощность
.
8. Реактивная мощность
.
9. Коэффициент мощности
.
10. Мощность дисторции
Результаты расчётов зависимостей S, P, Q, D, ч =(б) представлены в таблице 8.1 и на рисунке 8.1.
Таблица 8.1 - Результаты расчёта энергетических характеристик
|
б, град |
S, ВА |
P, Вт |
Q, ВАр |
D, ВА |
ч |
|
|
15 |
53707,43 |
49300 |
15953,38 |
14123,74 |
0,915 |
|
|
30 |
43992 |
27041,87 |
14760,63 |
0,816 |
||
|
45 |
35738 |
37142,96 |
15087,98 |
0,663 |
||
|
60 |
25034,29 |
44985,02 |
15300,99 |
0,464 |
||
|
75 |
12588,44 |
49474,57 |
15428,8 |
0,2337 |
||
|
90 |
-760,712 |
51425,85 |
15469 |
-0,0142 |
||
|
105 |
-14110,4 |
49474,9 |
15418,25 |
-0,262 |
||
|
120 |
-26557,6 |
44110,86 |
15277,94 |
-0,493 |
||
|
135 |
-37266,2 |
35628,47 |
15044,29 |
-0,691 |
||
|
150 |
-45537,8 |
24415,12 |
14652,49 |
-0,845 |
Рисунок 8.1 - Результаты расчётов зависимостей полной мощности S, активной мощности P, реактивной мощность Q, мощности дисторции D, коэффициента мощности
ч = f(б)
Для случая работы выпрямителя со сглаженным выпрямленным током, при малой величине пульсаций кривой выпрямленного тока , можно считать, что
,
где - выпрямленное напряжение на выходе преобразователя;
Тогда
.
Необходимо определить номинальное значение КПД, рассчитать и построить зависимости при , и при .
Результаты расчётов представлены в таблице 8.2 и 8.3.
Таблица 8.2 - Зависимость з = f(Id) при бH = 25.71°
|
Id, А |
з |
|
|
5 |
0,9445 |
|
|
10 |
0,9422 |
|
|
20 |
0,9376 |
|
|
30 |
0,94329 |
|
|
40 |
0,92827 |
|
|
50 |
0,9236 |
|
|
60 |
0,91895 |
|
|
70 |
0,9143 |
|
|
80 |
0,909 |
|
|
90 |
0,904 |
|
|
100 |
0,9003 |
Таблица 8.3 - Зависимость з=f (б)
|
б, град |
15 |
25 |
35 |
45 |
55 |
65 |
75 |
85 |
|
|
з |
0,904 |
0,9006 |
0,8948 |
0,885 |
0,869 |
0,838 |
0,764 |
0,388 |
При преобразователь работает в инверторном режиме и .
По результатам расчёта на рисунке 8.2 и 8.3 построены зависимости и .
Рисунок 8.2 - Зависимость
Рисунок 8.3 - Зависимость
9. 3ащита тиристорного преобразователя
Защита преобразователя осуществляется от внутренних и внешних аварийных режимов. Причиной возникновения внутренних аварий являются всевозможные неисправности элементов 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 внешним авариям, которые характеризуются внешними причинами, относятся: недопустимые перегрузки; короткие замыкания на шинах постоянного и переменного тока; однофазное и двухфазное опрокидывание инвертора.
9.1 Защита плавкими предохранителями
Для защиты силовых вентилей полупроводниковых преобразователей при внешних и внутренних коротких замыканиях широко применяются быстродействующие плавкие предохранители, которые являются самыми дешевыми средствами защиты.
В настоящее время полупроводниковые преобразователи оснащаются предохранителями серии ПП57, предназначенные для защиты преобразовательных агрегатов при внутренних коротких замыканиях переменного и постоянного тока при напряжениях 220 - 2000В на токи 100,250,400,630 и 800А.
Преобразователь реверсивный с раздельным управлением, следовательно одним предохранителем защищаются вентили группы «Вперед» и группы «Назад».
Предохранитель плавкий характеризуется действующими значениями напряжения и тока и выбор его производится из следующих условий:
1. Номинальное напряжение применяемого предохранителя должно быть не меньше номинального напряжения преобразовательной установки. В противном случае не будет обеспечено нормальное гашение дуги, что может привести к разрушению корпуса предохранителя и перебросу дуги на токоведущие части. Время срабатывания предохранителя 10 - 15мс.
В рассматриваемом примере Udном=460 В, следовательно должно быть Uпр.ном. Udном.
2. Номинальный ток основания предохранителя при установке предохранителя последовательно с вентилем
где n - число параллельно включенных вентилей.
Этим условиям удовлетворяет предохранитель плавкий ПП57-34-3-7-1-У3.В структурном условном обозначении предохранителя буквы и цифры означают:
ПП - предохранитель плавкий;
57 - номер серии;
34 - номинальный ток основания предохранителя (Iпр.ном.=100А);
3 - номинальное напряжение основания предохранителя (Uпр.ном.= 380В);
7 - способ монтажа (7 - болтовое с уголковыми выводами);
1 - с указателем срабатывания, со свободным контактом;
У3 - климатическое исполнение и категория размещения.
Номинальный ток плавкой вставки
где зап.- коэффициент запаса по току, не менее 1.2.
9.2 Защита автоматическими выключателями
Автоматические выключатели являются защитными аппаратами многократного действия и предназначены для защиты вентильных преобразователей от внешних коротких замыканий, опрокидывания инвертора и перегрузок по току. Выключатели устанавливаются на стороне переменного и выпрямленного тока.
Место включения автоматических выключателей в схемах вентильных преобразователей определяется теми наиболее вероятными аварийными режимами, от которых предусматривается защита. При этом должна учитываться специфика работы преобразователя, требования защиты вентилей и селективности отключения поврежденной цепи.
Автоматические выключатели переменного тока устанавливаются в преобразователях, питающихся от сети 380В, на первичной стороне трансформатора или до токоограничивающих реакторов в бестрансформаторном варианте.
Выключатели на стороне переменного напряжения защищают преобразователь как от внутренних, так и от внешних аварийных режимов в выпрямительном режиме. В инверторном режиме при прорыве инвертора аварийный ток замыкается через вентили одной фазы, минуя цепь переменного тока (однофазное опрокидывание инвертора), и в этом случае не разрывается автоматическим выключателем. В связи с этим такие схемы могут применяться для преобразователей, где режим инвертирования не применяется, и для возбудителей, поскольку обмотку возбуждения двигателей нежелательно отключать от источника питания («разнос»).
Защита вентильного преобразователя, а также якоря двигателя от аварийных режимов на стороне постоянного тока (короткое замыкание, круговой огонь на коллекторе, перегрузка) осуществляется быстродействующими автоматическими выключателями серий А3700,ВАТ-42,46,48.
На стороне постоянного тока устанавливается автоматический выключатель А3715Б УЗ на выпрямленное напряжение 440 В, обеспечивающий протекание номинального тока 160А, тепловой расцепитель на 160 А, электромагнитный расцепитель 160 А. Уставка по току срабатывания не менее 2.5Iн = 2.5 Ч 80.69 = 201.725 А, выбираем: теплового расцепителя 200 А, электромагнитного расцепителя 600А. Собственное время отключения А3700 с дистанционным расцепителем полупроводникового типа не более 10 мс.
На стороне переменного тока устанавливается автоматический выключатель А3716Б на номинальное напряжение 380 В, обеспечивающий протекание номинального тока выключателя 100 А, электромагнитного расцепителя 100 А, теплового расцепителя 100 А Действующее значение установившегося тока короткого замыкания
.
Уставка по току срабатывания: электромагнитного расцепителя менее (выбираем 1300 В), теплового расцепителя не менее (выбираем 100 А).
Для коммутации якорной цепи при кратковременных остановках электропривода предусматриваются контакты линейных контакторов КМ1, КМ2.
9.3 Защита от перенапряжений
Процессы, протекающие в вентильных преобразователях, часто сопровождаются перенапряжениями, которые, воздействуя на вентили, могут привести к их пробою, вызывающему, как правило, короткое замыкание.
Основными видами перенапряжений являются:
Сетевые перенапряжения, обусловленные действием сетевой коммутационной аппаратуры или атмосферных явлений.
Схемные перенапряжения неповторяющегося характера, связанные с действием коммутационной аппаратуры вентильного преобразователя. Это перенапряжения, связанные с включением питающего трансформатора, подключением вентильного преобразователя к источнику переменного напряжения, отключением питающего трансформатора, а также отключением тока нагрузки при помощи автоматического выключателя.
Схемные повторяющиеся перенапряжения - они обусловлены работой вентилей в силовой схеме и являются либо резонансными, либо коммутационными.
Резонансные перенапряжения связаны с потреблением из сети несинусоидального тока и прерывистым режимом работы преобразователя.
Коммутационные схемные перенапряжения вызываются периодическим переходом вентилей из закрытого состояния в открытое и обратно. Они характеризуются (при отсутствии ограничительных устройств) крутым фронтом (до 1000 В/мкс) и значительной амплитудой (до 10 - кратного значения по отношению к рабочему напряжению).
Для ограничения перенапряжений широко применяются накопители энергии - конденсаторы, входящие в состав RC - цепочек. В целях защиты от коммутационных перенапряжений, поступающих из питающей сети, при коммутациях трансформатора и цепей нагрузки RC - цепочки включают на вторичной стороне трансформатора по одной из схем, приведенных на рис.9.
а) б)
Рис.9.3.1 Схемы включения RC - цепочек
С учетом параметров реактора емкость демпфирующего конденсатора С3 (С4, С5) в защитных цепях трехфазных схем выпрямления (см. рис.10.15,а) определится по формуле
- индуктивность фазы реактора, Гн;
- амплитудное значение обратного (прямого) напряжения на тиристоре,В;
- максимально-допустимое напряжение для защищаемых тиристоров, В;
- ток фазы токоограничивающего реактора, А.
При заряде конденсатора в результате перенапряжений в контуре LC происходит колебательный процесс перехода электромагнитной энергии в электростатическую и обратно. Для настройки колебательного контура на апериодический процесс последовательно с конденсатором устанавливается резистор R3, сопротивление которого должно быть больше двухкратного волнового сопротивления этого контура
Для защиты от коммутационных перенапряжений применяются RC - цепочки, включенные параллельно тиристорам (см. рисунок 9.3.2).
Рисунок 9.3.2 - Схема включения RC - цепочки
9.4 Контроль напряжения питающей сети, выпрямленного напряжения и тока
Наличие и уровень напряжения питающей сети контролируется с помощью трехфазного реле К9. При исчезновении фазы или при снижении на 48% напряжения одной из фаз реле подает команду на отключение автоматических выключателей SF1, SF2. Световое табло Н1 сигнализирует о включенном и выключенном состоянии выключателя SF2.
Для визуального контроля величины выпрямленного тока и напряжения предусмотрены амперметр РА1, подключенный к шунту RS1, и вольтметр PV1, в цепи которого имеются предохранители F13, F14.
На стороне переменного тока преобразователя установлены трансформаторы тока ТА1, ТА2, ТА3, сигналы которых через разделительный трансформатор поступают в систему импульсно-фазового управления и систему защиты от токов короткого замыкания.
При помощи указанных трансформаторов, измеряющих ток преобразователя, а также блока датчиков состояния тиристоров (БДС), контролирующих закрытое состояние тиристоров, формируется логический сигнал на переключение выпрямительных групп реверсивного преобразователя.
9.5 Контроль изоляции
На стороне постоянного тока преобразователя установлен узел контроля изоляции цепи выпрямленного тока на землю. Контроль осуществляется при помощи двухобмоточного реле типа РН 55/200, катушки которого включены между собой встречно и последовательно с сопротивлениями на напряжение моста, а средняя точка катушек подключена к "земле" через показывающий миллиамперметр.
При одинаковом уровне изоляции полюсов преобразователя относительно "земли" через включенные встречно обмотки реле протекает одинаковый ток и ампервитки катушек реле уравновешивают друг друга. При снижении уровня изоляции одного из полюсов относительно "земли" реле срабатывает и подает в схему предупреждающий сигнал "снижение уровня изоляции силовой цепи". Уставка срабатывания реле определяется величиной сопротивлений. Для исключения влияния переменной составляющей выпрямленного напряжения на уставку срабатывания реле катушки зашунтированы конденсаторами. Миллиамперметр позволяет визуально оценить снижение изоляции между "землей" и одним из полюсов преобразователя по отношению к уровню изоляции между "землей" и другим полюсом.
Рисунок 9.5.1. Силовая схема реверсивного тиристорного преобразователя.
Заключение
Спроектированный тиристорный преобразователь удовлетворяет требованиям задания на проектирование. Данный тиристорный преобразователь питается через токоограничивающие реакторы от сети 380В. Он имеет естественное охлаждение, которое является наиболее простым и надёжным в эксплуатации. Разработанный тиристорный преобразователь предназначен для питания двигателя 2ПН280МУХЛ4 на Uн = 440В и Iн = 80.69А. Разработанная система защиты должна исключить внутренние и внешние аварийные режимы при неисправностях элементов силовой схемы в тиристорном преобразователе или недопустимых перегрузках и коротких замыканиях.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Выбор элементов тиристорного преобразователя. Особенности расчета тиристорного преобразователя для электропривода постоянного тока. Характеристики основных элементов преобразователя и схем защиты. Подбор подходящих под результаты расчета элементов.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 14.10.2012Выбор схемы тиристорного преобразователя. Определение ЭДС его условного холостого хода. Расчет параметров силового трансформатора. Особенности выбора тиристоров. Выбор сглаживающего и уравнительного реакторов. Защита тиристорного преобразователя.
курсовая работа [344,4 K], добавлен 05.09.2009Граничные значения коэффициента усиления и времени для регуляторов. Математическое описание двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Динамические свойства тиристорного преобразователя. Обеспечение разгона двигателя с заданным ускорением.
курсовая работа [967,1 K], добавлен 15.06.2014Выбор силовой схемы тиристорного преобразователя и оценка его элементов. Определение основных параметров силового трансформатора. Расчет и выбор элементов защиты тиристоров. Статические и энергетические характеристики преобразователей этого типа.
курсовая работа [333,1 K], добавлен 14.03.2014Проектирование силовой схемы тиристорного преобразователя. Расчет индуктивности и выбор токоограничивающего, уравнительного и сглаживающего реактора. Построение характеристик устройства и системы преобразователь-двигатель, энергетические характеристики.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 25.04.2015Разработка регулируемого выпрямителя тиристорного электропривода постоянного тока. Принцип работы и устройство тиристорного электропривода. Расчет трудовых затрат и себестоимости изготовления устройства. Защита выпрямителя от перегрузки по напряжению.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 25.03.2019Определение порядка выбора схемы тиристорного преобразователя. Расчет падения напряжения на активном сопротивлении и определение условного холостого хода тиристорного преобразователя. Общий расчет параметров силового трансформатора и выбор тиристоров.
методичка [158,4 K], добавлен 22.02.2015Функциональная схема тиристорного преобразователя. Выбор элементов силовой схемы. Расчет надежности трехфазной мостовой схемы выпрямления. Расчет трансформатора с учетом коэффициента запаса. Трансформатор силовой согласующий, автоматический выключатель.
курсовая работа [225,2 K], добавлен 31.05.2016Расчет регулируемого электропривода постоянного тока; параметры тиристорного преобразователя. Моделирование контуров и скорости тока, настройка на модульный и симметричный оптимумы. Обработка переходных процессов и логарифмических частотных характеристик.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 05.06.2013Функции преобразователей энергии. Осциллограммы напряжений однополупериодного выпрямителя. Принцип работы обратноходового однотактного преобразователя. Основные принципы модуляции, ее виды. Выбор структурной и принципиальной схемы преобразователя.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 16.05.2017
