Комплектные электропривода. КУРСОВАЯ Комплектные электропривода. 1 задание вопросы Варианты построения реверсивных трехфазных управляемых выпрямителей. Их достоинства и недостатки

• Название: 1 задание вопросы Варианты построения реверсивных трехфазных управляемых выпрямителей. Их достоинства и недостатки
• Анкор: Комплектные электропривода
• Дата: 26.04.2022
• Размер: 0.53 Mb.
• Имя файла: КУРСОВАЯ Комплектные электропривода.doc
• Тип: Курсовая; #499384
• страница: 3 из 4

Основные показатели схем выпрямления

Схемы выпрямления	Ed0/Е2Ф	ku=UВ max/Ed0	kI1=I1/(Idkтр)	ks=Sтр/(Ed0Id)	kI2=I2/Id
Однофазная двухполупериодная с нулевой точкой (m=2)	0,9	3,14	1,0	1,34	0,707
Однофазная мостовая (m=2)	0,9	1,57	1,0	1,11	1,0
Трехфазная нулевая с включением вторичной обмотки трансформатора по схеме звезда	1,17	2,09	0,471	1,345	0,577
Трехфазная нулевая с включением вторичной обмотки трансформатора по схеме зигзаг	1,17	2,09	0,471	1,46	0,577
Трехфазная мостовая	2,34	1,045	0,815	1,045	0,815

В таблице приведены:

E_d0 – максимальное значение э.д.с. на выходе тиристорного преобразователя;

Е_2Ф – фазная э.д.с. на вторичной обмотке трансформатора;

U_{В max} – максимальное напряжение на вентиле;

I₁ и I₂ – действующие значения токов первичной и вторичной обмоток трансформатора;

I_d – среднее значение тока нагрузки;

k_тр – коэффициент трансформации;

S_тр – типовая мощность трансформатора.
3.3. РАСЧЕТ ИНДУКТИВНОСТИ УРАВНИТЕЛЬНЫХ РЕАКТОРОВ
Уравнительные реакторы служат для ограничения уравнительных токов при совместном согласованном управлении двумя комплектами тиристоров. Требуемая суммарная индуктивность L_ур двух уравнительных реакторов
, (20)
где k_д - коэффициент, характеризующий отношение действующего значения уравнительной э.д.с. к амплитудному значению вторичной э.д.с. и зависящий от схемы выпрямления, схемы соединения групп вентилей и угла регулирования  (максимальные значения k_д: для трехфазной нулевой перекрестной схемы k_д=0,38 - при =30⁰; для трехфазной нулевой и трехфазной мостовой встречно-параллельных схемk_д=0,62 - при =60⁰; для трехфазной мостовой перекрестной схемыk_д=0,18 - при =60⁰);

_с=2f_c, где f_c – частота питающей сети;

E_2m - амплитуда вторичной э.д.с. (для нулевых схем - фазной, для мостовых - линейной);

I_ур - действующее значение статического уравнительного тока (обычно I_ур  0.1 I_н);

Для ненасыщающихся (с большим воздушным зазором), частично насыщающихся и насыщающихся уравнительных реакторов индуктивность каждого из них L_ур1берется равной соответственно L_ур1=L_ур/2, L_ур1=0.7, L_ур и L_ур1=L_ур.
3.4. РАСЧЕТ ИНДУКТИВНОСТИ СГЛАЖИВАЮЩЕГО РЕАКТОРА
Сглаживающий реактор включается последовательно с якорем двигателя для обеспечения непрерывности тока или (и) для ограничения амплитуды пульсаций тока якоря двигателя.

Индуктивность сглаживающего реактора L_ср находится из выражения:
, (21)
где L_сум - суммарная индуктивность якорной цепи, необходимая для обеспечения требуемого уровня пульсаций или непрерывности выпрямленного тока;

L_я - индуктивность якоря двигателя;

L_тр - расчетная индуктивность трансформатора, приведенная к цепи выпрямленного тока;

L_ур - индуктивность уравнительных реакторов (индуктивность уравнительных реакторов можно не учитывать, если они выполнены насыщающимися).

Выбор отдельных составляющих выражения (21) приведен ниже.

Суммарная индуктивность якорной цепи L_яц выбирается по наибольшему значению из расчетных значений индуктивности L_непр и L_пульс, необходимых соответственно для обеспечения режима непрерывного тока и для обеспечения заданного коэффициента пульсаций:
(22)
Индуктивность L_непр выбирается из условия непрерывности тока якоря в диапазоне от I_min до I_max и изменения угла регулирования  от _min до _max. При этом амплитуда переменной составляющей тока якоря должна быть меньше I_min. Для выполнения этих условий индуктивность L_непр должна удовлетворять условию:
, (23)
где U_п – действующее значение переменной составляющей выпрямленного напряжения;

m - число фаз выпрямления (m=3 для трехфазных схем с нулевой точкой и m=6 для трехфазных мостовых схем);

_c=2f_с, где f_с - частота питающей сети;

I_mmin - минимальное значение выпрямленного тока.

Максимальная величина действующего значения переменной составляющей выпрямленного напряжения
, (24)
где k - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления и угла регулирования  (для трехфазной нулевой и трехфазной мостовой встречно-параллельных схем преобразователя максимальное значение k=0,35);

U_d0 - среднее значение выпрямленного напряжения при угле регулирования = 0⁰.

Индуктивность, необходимая для ограничения пульсаций тока нагрузки
, (25)
где K_max - максимальное значение обобщенного параметра K_ (K_max=6,05 для трехфазной схемы с нулевой точкой и 1,4 - для трехфазной мостовой схемы);

K_п=(i_{я max}-i_{я min})/I_я - заданное значение коэффициента пульсаций (обычно K_п=0,02 ÷ 0,15);

r_яц- суммарное активное сопротивление якорной цепи;

_с=2f_с, где f_с - частота питающей сети.

Суммарное активное сопротивление якорной цепи
, (26)
где а=1 для трехфазной нулевой схемы и а=2 для трехфазной мостовой схемы;

r_тр.ф – активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора (19);

r_д – дифференциальное сопротивление тиристора;

r_я – активное сопротивление обмотки якоря электродвигателя.

Индуктивность L_я якоря электродвигателя может быть определена по формуле:
(27)
где k=0,5÷0,6 для некомпенсированных электродвигателей и k=0,1 для компенсированных электродвигателей;

p - число пар полюсов электродвигателя;

_н=2n/60 - номинальная частота вращения электродвигателя в рад/с; n - номинальная частота вращения электродвигателя в об/мин;

U_н и I_н - номинальное напряжение и ток якоря электродвигателя.

Индуктивность трансформатора находится из равенства:
, (28)
где а=1 для трехфазной нулевой схемы и а=2 – для мостовой;

Х_тр – индуктивное сопротивление трансформатора;

_с=2f_с, где f_с - частота питающей сети.
4. ПРИМЕР РАСЧЕТА
4.1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Тип силовой схемы – реверсивная трехфазная мостовая встречно-параллельная с совместным согласованным управлением. Обмотки силового трансформатора соединены по схеме "звезда – звезда".

Параметры питающей сети

• 
  номинальное линейное напряжение сети U_с = 380 В;
  
• 
  число фаз сети 3;
  
• 
  частота сети fс = 50 Гц;
  
• 
  отклонение напряжения сети Uс = -10…+15%.
  

Электродвигатель постоянного тока типа 2ПФ200LУХЛ4 со следующими параметрами:

• 
  номинальная мощность – Рн = 20 кВт;
  
• 
  номинальное напряжение на якоре – Uян = 440 В;
  
• 
  номинальная частота вращения – nн = 1000 об/мин;
  
• 
  номинальный КПД – н = 85,5%;
  
• 
  сопротивление обмотки якоря – rя = 0,286 Ом;
  
• 
  сопротивление дополнительных полюсов – rдоп = 0,168 Ом;
  
• 
  индуктивность якоря – Lя=10 мГн.
  
• 
  Дополнительные параметры преобразователя:
  
• 
  допустимая величина уравнительного тока Iур = 0,05 Iян;
  
• 
  коэффициент пульсаций тока якоря двигателя Кп=0,05;
  
• 
  диапазон изменения тока якоря электродвигателя – (0,1÷1)Iян.
  

4.2 ВЫБОР ТИРИСТОРОВ
Выбор тиристоров производится по предельному значению тока тиристора I_пр и допустимому значению повторяющегося напряжения на тиристоре U_п. При выборе тиристоров будем исходить из условия почти прямоугольной формы выходного тока управляемого выпрямителя и естественного воздушного охлаждения тиристоров.

Номинальное значение тока якоря электродвигателя определяется из выражения (8):
, (29)
где Р_н=20 кВт – номинальная мощность электродвигателя;

_н = 0,855 – номинальный к.п.д. электродвигателя;

U_ян = 440 В – номинальное напряжение на якоре электродвигателя.

Среднее значение тока I_ср, протекающего через тиристор, определяется из выражения (6):
, (30)
где I_ян=53,16 А – номинальный ток якоря электродвигателя;

=3 - коэффициент, значение которого зависит от формы тока и угла проводимости  тиристора ( находится из табл. 2 для значения угла проводимости для трехфазной схемы =120⁰).

Расчетное предельное значение тока тиристора вычисляется из выражения (5):
, (31)
где - коэффициент запаса по току;

- коэффициент формы тока для трехфазной мостовой схемы выпрямления и значения угла проводимости  = 120⁰, определяемый из табл. 2;

- коэффициент формы тока для классификационной схемы выпрямления;

k_охл=2,5 - рекомендуемое значение коэффициента, учитывающего условия охлаждения тиристоров при стандартном радиаторе, воздушном охлаждении и скорости охлаждающего воздуха V_охл=0 м/с.

I_ср=17,72 А - среднее значение тока, протекающего через тиристор.

При выборе тиристоров по напряжению будем исходить из напряжения холостого хода (э.д.с.) преобразователя с учетом возможного повышения напряжения питающей сети на 10%.

Расчетное значение повторяющегося напряжения U_пр, прикладываемое к тиристору, определяется из выражения (10):
(32)
где k_u=U_Вмах/U_ян=1,045 - коэффициент, величина которого выбрана из табл. 3 для трехфазной мостовой схемы управляемого выпрямителя;

- коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное перенапряжение на тиристорах;

k_с=1,1 - коэффициент, учитывающий возможное понижение напряжения сети переменного тока на 10% от номинального значения;

k_=1,1 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий неполное открытие тиристоров при максимальном управляющем сигнале (рекомендуемое значение k_=1-1,15);

k_R=1,05 - коэффициент, учитывающий падение напряжения в управляемом выпрямителе;

U_ян=440 В - заданное номинальное значение напряжения на якоре электродвигателя.

Из выражения (12) определим требуемый класс тиристора:
КЛАСС ТИРИСТОРА = Ближайшее большее (U_пр /100 В) =

= Ближайшее большее (796,6 В/100 В) = 8.
Таким образом, для заданной схемы выпрямления и параметров якоря двигателя будут удовлетворять тиристоры 9-го класса с предельным значением тока тиристора I_пр = 63,46 А. Данным требованиям будут удовлетворять, например, низкочастотные тиристоры Т100 8-го класса, которые [8] имеют следующие параметры:

• 
  предельный ток тиристора Iпр при температуре перехода 850С - 100А;
  
• 
  повторяющееся напряжение U_П - 800 В;
  
• 
  динамическое сопротивление в открытом состоянии r_д=2 мОм.
  

4.3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Силовой трансформатор питания тиристорного преобразователя выбирается по расчетным значениям мощности S_тр, э.д.с. Е_2ф вторичной обмотки, фазных токов I_1ф и I_2ф соответственно в первичной и вторичной обмотках.

Вначале по выражению (13) определяется расчетное значение э.д.с. Е_2ф вторичной обмотки трансформатора:
(33)
где E_d0/Е_2ф = 2,34 - коэффициент, величина которого выбрана из табл. 3 для трехфазной мостовой схемы управляемого выпрямителя;

k_с=1,1 - коэффициент, учитывающий возможное понижение напряжения сети переменного тока численное значение коэффициента на 10% от номинального значения;

k_=1,1 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий неполное открытие тиристоров при максимальном управляющем сигнале (рекомендуемое значение k_=1-1,15);

k_R=1,05 - коэффициент, учитывающий падение напряжения в управляемом выпрямителе (рекомендуемое значение k_R  1,05);

U_{d ном} = 440 В - заданное номинальное значение напряжения на якоре электродвигателя.

Коэффициент трансформации k_тр определяется из выражения (15):
(34)
где w₁ и w₂ - число витков соответственно первичной и вторичной обмоток;

U_1ф =220 В - заданное номинальное значение фазного напряжения питающей сети переменного тока.

Расчетное действующее значение фазного тока I_2Ф вторичной обмотки трансформатора определяется по формуле (14):
, (35)
гдеk_i=1,07 - коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной (рекомендуемое значение k_i=1,05÷1,1);

k_i2 = I_2Ф/I_d= 0,815 - найденное из табл. 3 значение коэффициента для трехфазной мостовой схемы выпрямления;

I_ян=53,16 А - вычисленное номинальное значение тока якоря двигателя.

Расчетное действующее значение фазного тока I_1Ф первичной обмотки трансформатора найдем из выражения (16):
, (36)
Расчетное значение мощности трансформатора вычисляется из выражения (17):
(37)
где k_u=U_В / U_{d ном}=1,045 - коэффициент, величина которого выбрана из табл. 2 для трехфазной мостовой схемы тиристорного преобразователя;

k_с=1,1 - коэффициент, учитывающий возможное понижение напряжения сети переменного тока численное значение коэффициента на 10% от номинального значения;

k_=1,1 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий неполное открытие тиристоров при максимальном управляющем сигнале (рекомендуемое значение k_=1-1,15);

k_R=1,05 - коэффициент, учитывающий падение напряжения в управляемом выпрямителе (рекомендуемое значение k_R  1,05);

U_ян= 440 В - заданное номинальное значение напряжения на якоре двигателя.

k_s=S_тр/(E_d0 I_d)=1,045 - коэффициент схемы, величина которого находится из табл. 3 для трехфазной схемы выпрямления;

I_ян= 53,16 А - рассчетное номинальное значение тока якоря электродвигаля.

Трансформатор выбирается по следующим параметрам:

• 
  S_тр = 32452 ВА – типовая мощность трансформатора;
  

• 
  U_2фн=0,95Е_2Ф=0,95240,38 В=228,36 В – номинальное фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора;
  
• 
  I_2фн= I_2ф = 46,36 А - номинальное значение фазного тока вторичной обмотки трансформатора;
  
• 
  U_1фн=U_сф=220 В – номинальное фазное напряжение первичной обмотки трансформатора, равное фазному напряжению питающей сети.
  

Индуктивноеx_тр.ф и активное r_тр.ф сопротивления трансформатора, приведенные к его вторичной обмотке определяются из выражений (18):
; (38)

, (39)

где U_к=3% - напряжение короткого замыкания в процентах от номинального значения фазного напряжения;

I_1н = 43 А - номинальное значение тока первичной обмотки трансформатора;

P_кз=S_тр0,02 - мощность потерь при коротком замыкании (для трансформаторов большой мощности составляет 2% от номинальной мощности трансформатора);

m_ф=3- число фаз вторичной обмотки трехфазного трансформатора.

Индуктивность трансформатора, приведенная к цепи выпрямленного тока, находится из равенства:
, (40)
где а=2 для мостовых схем тиристорных преобразователей.