Комплектные электропривода. КУРСОВАЯ Комплектные электропривода. 1 задание вопросы Варианты построения реверсивных трехфазных управляемых выпрямителей. Их достоинства и недостатки
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
В настоящее время тиристорные преобразователи постоянного тока находят широкое применение в приводах главного движения и подач металлообрабатывающих станков, в прокатных станах, на транспорте, в энергетике и других областях техники. В связи с этим выпускники специальности 140604 должны знать принципы построения, уметь выбирать элементы схем, а также уметь налаживать тиристорные преобразователи постоянного тока. Целью курсовой работы по дисциплине "Элементы систем автоматики" является изучение схем комплектных тиристорных преобразователей и развитие навыков расчета силовых схем управляемых выпрямителей, работающих на якорь двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. 1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ1.1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ Курсовая работа посвящена выбору элементов силовой схемы и изучению работы комплектного тиристорного преобразователя постоянного тока. Задание на курсовую работу содержит три вопроса и задачу. Ответы на вопросы должны быть четкими и конкретными (переписанные целиком из учебных пособий, учебников, справочников и др. или обходящие существо вопроса будут рассматриваться как неудовлетворительные). Решение задачи должно быть проиллюстрировано принципиальными электрическими схемами, временными диаграммами и графиками, выполненными согласно требованиям ГОСТ. Временные диаграммы, графики и схемы должны быть выполнены с помощью графического редактора или на миллиметровой бумаге и снабжены поясняющими надписями. При решении задачи нужно давать краткие пояснения к формулам и ссылки на литературу, из которых взяты сведения. 1.2. ЗАДАНИЕ Вопросы: 1. Варианты построения реверсивных трехфазных управляемых выпрямителей. Их достоинства и недостатки. 2. Методы управления реверсивными трехфазными управляемыми выпрямителями. Их достоинства и недостатки. 3. Методы построения СИФУ. Их достоинства и недостатки. Задача Требуется выбрать элементы силовой схемы и описать работу основных элементов комплектного тиристорного преобразователя, для заданного в табл. 1 варианта задания на курсовую работу. Таблица 1 Варианты задания на курсовую работу
В таблице 1 приведены: тип комплектного тиристорного преобразователя, данные на который приведены в /1,2/; тип электродвигателя, данные на который приведены в /3/; номинальная мощность электродвигателя – Рн, кВт; номинальное напряжение якоря электродвигателя – Uян, В; коэффициент пульсаций тока якоря – Кп; относительная величина уравнительного тока в силовой схеме – Iур/ Iян (Iян – номинальный ток якоря). Для всех вариантов заданы: номинальное линейное напряжение питающей сети Uс = 380 В; число фаз питающей сети – 3; частота питающей сети fс = 50 Гц; отклонение напряжения питающей сети Uс = -10…+15%; диапазон изменения тока якоря электродвигателя – (0,1÷1)Iян. 1.3. ТРЕБОВАНИЯ К РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКЕ Курсовая работа оформляется в виде расчетно-пояснительной записки. Расчетно-пояснительная записка должна содержать оглавление, задание, ответы на вопросы, расчетную, описательную и графическую части и библиографический список (при написании формул, выборе коэффициентов или элементов схемы требуется ссылаться на источник, откуда они взяты). Расчетная часть расчетно-пояснительной записки должна содержать выбор элементов силовой схемы тиристорного преобразователя (тиристоров, диодов, элементов защиты тиристоров от перенапряжения, расчет индуктивности уравнительных и сглаживающего реакторов, расчет параметров силового трансформатора). Описательная часть расчетно-пояснительной записки должна содержать описание работы силовой части тиристорного преобразователя, системы импульсно-фазового управления (СИФУ), блока раздельного управления, а также параметры всех выбранных элементов. Графическая часть расчетно-пояснительной записки должна содержать схему электрическую принципиальную силовой части тиристорного преобразователя и СИФУ, блока раздельного управления, а также временные диаграммы, поясняющие работу силовой части тиристорного преобразователя и СИФУ. Графическая часть может быть выполнена на миллиметровой бумаге или на бумаге в клеточку. Графическая и расчетная части курсовой работы должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТов (ЕСКД) /11/. 2. РЕВЕРСИВНЫЕ ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В регулируемом электроприводе постоянного тока, как правило, применяется двигатель постоянного тока с независимым возбуждением. Управление таким двигателем может осуществляться путем: изменения напряжения, подаваемого на обмотку якоря; изменения тока в обмотке возбуждения; изменения напряжения на обмотке якоря и тока в обмотке возбуждения (двухзонное регулирование). В электродвигателях с возбуждением от постоянных магнитов применяется только первый способ. Изменение направления момента, развиваемого электродвигателем, достигается путем изменения знака напряжения на обмотке якоря электродвигателя с помощью реверсивного тиристорного преобразователя. Из-за односторонней проводимости тиристоров реверсивный преобразователь можно получить, применяя две нереверсивные группы тиристоров. Каждая группа тиристоров может быть собрана по одной из известных симметричных (без диодов) схем нереверсивных схем управляемых выпрямителей. Одна из групп тиристоров предназначена для создания тока обмотки якоря условного направления "вперед", а другая - "назад". На рис. 1 представлены две схемы трехфазных реверсивных тиристорных преобразователей. В этих схемах трехфазный трансформатор ТV1 служит для согласования напряжения на якоре двигателя с сетевым напряжением, а также для гальванической развязки цепи якоря электродвигателя с сетью. Тиристоры предназначены для регулирования напряжения (по величине и по знаку) на якоре электродвигателя. С помощью RC-цепей обеспечивается защита тиристоров от коммутационных перенапряжений, а также уменьшение скорости нарастания напряжения на анодах тиристоров (если скорость нарастания напряжения на анодах тиристоров будет больше допустимой, то тиристоры будут открываться при отсутствии управляющих импульсов, что может привести к аварийной работе преобразователя). Назначение дросселей (реакторов) описано ниже. Схема первого тиристорного преобразователя (рис. 1а) содержит две группы тиристоров: первую - VS1, VS3, VS5 и вторую - VS2, VS4, VS6. Обе группы включены встречно-параллельно с питанием от одного комплекта вторичных обмоток трансформатора ТV1. Тиристоры каждой группы включены по трехфазной нулевой схеме выпрямления.  Схема второго тиристорного преобразователя (рис. 1б) также содержит две группы тиристоров: первую - VS1-VS6 и вторую - VS7-VS12. Тиристоры каждой группы включены по трехфазной мостовой схеме выпрямления. 2.1. УПРАВЛЕНИЕ РЕВЕРСИВНЫМИ ТИРИСТОРНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ В реверсивных тиристорных преобразователях за счет параллельного соединения двух групп тиристоров образуется замкнутый контур, по которому может протекать, минуя цепь обмотки якоря, так называемый уравнительный ток. Например, этот ток может протекать через тиристоры VS1 и VS4 (или VS6) в схеме рис. 1а или через VS12 и VS2 (или VS4) в схеме рис. 1б или другие тиристоры. Величина уравнительного тока определяется напряжением на вторичных обмотках трансформатора TV1 в момент открытия тиристоров и суммарным сопротивлением вторичных обмоток трансформатора и тиристоров. Так как эти сопротивления очень малы, то уравнительный ток достигает значения, недопустимого для тиристоров. Для уменьшения или полного устранения уравнительного тока применяется совместное или раздельное управление группами тиристоров. 2.2. СОВМЕСТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГРУППАМИ ТИРИСТОРОВ При совместном управлении управляющие импульсы подаются на тиристоры обеих групп. Для уменьшения уравнительного тока углы регулирования (углы запаздывания управляющих импульсов относительно точки естественной коммутации тиристоров) групп тиристоров должны быть связаны определенным соотношением. В зависимости от этого соотношения различают линейное согласованное управление, нелинейное согласованное управление и управление с автоматическим регулированием уравнительного тока. Линейное согласованное управление. При линейном согласованном управлении углы регулирования групп тиристоров подбираются таким образом, чтобы среднее значение выпрямленной э.д.с. Еd1 и Еd2 на выходе этих групп были равны. Поскольку среднее значение выпрямленной э.д.с. для первой и второй групп Edi = Ed0icosI(1) где i=1,2 - номер группы тиристоров, Ed0i - среднее значение выпрямленной э.д.с. при угле регулирования равном нулю, i - угол регулирования первой или второй групп тиристоров), то при линейном согласованном управлении должно соблюдаться условие Ed01cos1 = - Ed02cos2. (2) Условие (2) соблюдается, если выполняется равенство cos1= cos(1800-2) или 1+2=180. (3) При выполнении условий (2) или (3) среднее значение (постоянная составляющая) уравнительного тока оказывается равной нулю. Переменная составляющая уравнительного тока, вызванная неравенством мгновенных значений выпрямленных э.д.с. на выходе первой и второй групп тиристоров, уменьшается путем включения уравнительных реакторов (L1 и L2 в схеме рис. 1а и L1 - L4 в схеме рис. 1б) между двумя группами тиристоров. Работа управляемых выпрямителей в схеме рис. 1 протекает следующим образом. Соотношение между углами регулирования для первой и второй групп тиристоров определяется выражением (3). Например, при 1=900должно выполняться2=900, а среднее значение выпрямленных э.д.с. первой и второй групп тиристоров оказываются равными нулю. Если для углов регулирования тиристоров первой группы выполняется 1<900, то для тиристоров второй группы должно выполняться 2>900. При этом тиристоры первой группы работают в выпрямительном режиме, а тиристоры второй группы - в инверторном. В этом случае ток обмотки якоря протекает через тиристоры первой группы. Если выполняется 1>900, то как следует из (3) должно выполняться 2<900. При этом тиристоры первой группы работают в инверторном режиме, тиристоры второй группы - в выпрямительном, а ток обмотки якоря протекает через тиристоры второй группы. Для рассмотренных трех случаев уравнительный ток будет протекать через тиристоры первой и второй групп. Для уменьшения уравнительного тока между двумя группами тиристоров включают уравнительные реакторы (рис. 1). В зависимости от исполнения уравнительные реакторы делятся на ненасыщающиеся (с большим воздушным зазором), насыщающиеся и частично насыщающиеся (с малым воздушным зазором). В схеме рис. 1а количество уравнительных реакторов независимо от их исполнения должно быть не менее двух. В схеме рис. 1б при использовании ненасыщающихся реакторов количество реакторов может быть уменьшено до двух (могут быть оставлены реакторы L1 иL4 илиL2 иL3), но в любом случае их суммарная индуктивность должна оставаться одинаковой. Применение частично насыщающихся реакторов позволяет уменьшить массу и габариты, и, следовательно, стоимость уравнительных реакторов. Значительного уменьшения указанных параметров можно достичь при применении двух двухобмоточных насыщающихся реакторов (L1 иL3, а также L2 иL4 - две обмотки соответственно первого и второго реакторов). Обмотки каждого реактора включаются встречно по отношению друг к другу. В результате этого суммарный магнитный поток каждого реактора, вызванный током нагрузки, в любой момент времени оказывается равным нулю и реакторы не насыщаются этим током. Нелинейное согласованное управление. При нелинейном согласованном управлении соотношение углов регулирования для выпрямительной и инверторных групп тиристоров устанавливается таким, чтобы среднее значение выпрямленной э.д.с. инверторной группы было больше среднего значения выпрямленной э.д.с. выпрямительной группы. При этом условие (3) не будет соблюдаться и сумма углов будет больше 1800: 1+2>1800. (4) Применение нелинейного согласованного управления позволяет уменьшить или совсем исключить статические уравнительные токи (токи в установившемся режиме), но не позволяет устранить динамические уравнительные токи (токи в переходных режимах - при разгоне или торможении электродвигателя). Поэтому при нелинейном согласованном управлении невозможно избавиться от уравнительных реакторов, хотя их габариты и стоимость могут быть значительно уменьшены. Управление с автоматическим регулированием уравнительного тока. Наряду с рассмотренными способами управления группами тиристоров в реверсивных тиристорных преобразователях применяется совместное управление с автоматическим регулированием уравнительного тока. В этом способе одна из групп тиристоров работает в выпрямительном режиме с требуемым углом регулирования. Угол регулирования для тиристоров другой группы, работающей в инверторном режиме, автоматически устанавливается таким, чтобы уравнительный ток поддерживался на заданном уровне при любых режимах работы тиристорного преобразователя. Применение данного способа управления позволяет несколько сократить габариты и стоимость уравнительных реакторов. |