Курсовой. Управляемый выпрямитель

• Название: Управляемый выпрямитель
• Дата: 26.02.2022
• Размер: 0.55 Mb.
• Имя файла: Курсовой.docx
• Тип: Документы; #374517
• страница: 2 из 8

1.2. Определение параметров цепи нагрузки.

Для двигателя постоянного тока сопротивление его якорной цепи складывается из сопротивления обмоток якоря сопротивления дополнительных полюсов и компенсационного :

;



Собственную индуктивность якоря двигателя постоянного тока определим по формуле Лиумвиля-Уманского:

,
где конструктивный коэффициент выберем из ряда для нормальных некомпенсированных машин – 10, 2p – число полюсов электродвигателя. Тогда получаем:

1.3. Схема преобразователя и диаграммы рабочих процессов.

В качестве схемы преобразователя используется трехфазная мостовая несимметричная схема. Общий вид схемы представлен на следующем рисунке 1.


Рисунок 1 – Однофазная двухполупериодная схема выпрямления

со средней точкой

2. 
   Выбор согласующего трансформатора или токоограничивающего реактора
   

В этом разделе выбирается элемент, связывающий вентильную схему с сетью переменного тока (согласующий трансформатор или токоограничивающий реактор – ТОР). Основой для принятий решения являются номинальные напряжения сети (фазное и линейное ) и нагрузки – и схема выпрямления.

1. 
   Выбор вида связи выпрямителя с сетью.
   

В качестве звена, согласующего выпрямительный блок с сетью переменного тока, может

использоваться согласующий трансформатор. Он может применятся для следующих целей:

1. изменить величину переменного напряжения сети в соответствии с принятой схемой

выпрямления;

2. преобразовать число фаз сети переменного напряжения и/или задать среднюю точку;

3. своим сопротивлением понизить токи короткого замыкания при внутренних и внешних повреждениях в выпрямителе и ограничить скорость нарастания прямого тока вентилей в коммутационных процессах.

ТОР может выполнять только третью задачу.

Мостовые трехфазные схемы выполняются по обоим вариантам и требуют дополнительного анализа.

Преобразователь должен обеспечить номинальное напряжение на нагрузке в нормальных режимах работы с учетом минимально допустимых углов регулирования, возможных понижения сети и падений напряжения в элементах установки (вентильной схеме, сглаживающем реакторе, соединительных проводах). Фазное напряжение вторичной обмотки найдем по формуле:
,

где в дополнение к известным величинам присутствуют – падение напряжения на активных сопротивлениях цепи выпрямленного тока (вентилях, сглаживающем реакторе, соединительных проводах), предварительно примем данную величину равной , – коэффициент схемы выпрямления (для используемой трехфазной мостовой несимметричной схемы выпрямления ), – коэффициент, учитывающий возможное падение напряжения сети, в соответствии с ГОСТ 13109-87 на зажимах электроприемников в нормальных режимах допускается отклонение напряжения , следовательно, (расчетным выберем значение ), – минимальный угол регулирования для нереверсивного преобразователя при согласованном управлении (примем эту величину равной ), – коэффициент наклона внешней характеристики выпрямителя (для трехфазной мостовой несимметричной схемы выпрямления ), учитывающий понижение напряжения на выходе выпрямителя при коммутации токов вентилей; – напряжение короткого замыкания трансформатора, предварительно предлагается принять (зададимся величиной ). Подставив в предложенную формулу данные значения, получим:

Ток на входе вентильного преобразователя (ток вторичной обмотки трансформатора или ТОР):

,

где – коэффициент фазного тока при активно–индуктивной нагрузке (зададимся значением ), – коэффициент учета отклонения формы тока от прямоугольного, (примем равным 1.05). Тогда получим:



Условие применения токоограничивающего реактора для мостовых одно- и трехфазных схем выглядит следующим образом:

.

В нашем случае подобное неравенство выглядит следующим образом:

.

Таким образом, условие для использования токоограничивающего реактора не выполняются, следовательно, в качестве элемента, связывающего вентильную схему с сетью переменного тока, необходимо взять согласующий трансформатор.

2. 
   Выбор и проверка согласующего трансформатора
   

Габаритная мощность трансформатора определяется из следующего выражения:
[кВА].
где – коэффициент типовой мощности трансформатора ( ). Тогда:

Возьмем трансформатор OC-5. Технические характеристики данной модели трансформатора: .

Данный трансформатор удовлетворяет следующим условиям, необходимым для возможности его применения в создаваемом устройстве:

1) - условие соответствия габаритной мощности. В нашем случае имеем неравенство: кВА ≥ кВА.

2) 380 В = 380 В

3) 308 В ≥ 274.73 В

4) 16.234А ≥ 6.851 А

где – номинальные значения мощности, первичного и вторичного напряжения и вторичного тока трансформатора.

Номинальный ток трансформатора рассчитаем по формуле:

,

где – число фаз вторичной обмотки; – коэффициент схемы; – для трехфазной схемы.

После выбора и проверки согласующего трансформаторы необходимо определить некоторые его параметры – индуктивное и активное сопротивления, Ом, приведенные ко вторичному напряжению, и коэффициент трансформации .

,

где – потери короткого замыкания в трансформаторе, Вт.

При использовании согласующего трансформатора в дальнейших расчетах будем учитывать, что к выпрямителю подводится номинальное переменное напряжение, создаваемое вторичной обмоткой U₂ = U _2Н = 308В.

3. 
   Расчет регулировочной характеристики
   

Регулировочной характеристикой является аналитическая или графическая зависимость напряжения на выходе выпрямителя от угла регулирования.
Исходными данными для ее построения служат напряжение, подводимое к вентильной схеме U₂=U _2Н =220В и режим работы преобразователя.
В качестве расчетного примем режим непрерывных токов при работе на активно-индуктивную нагрузку. Регулировочная характеристика строится без учета падения напряжения в выпрямителе и в цепи выпрямленного тока.

1. 
   Выпрямленное напряжение преобразователя при угле регулирования определяется:
   

где – коэффициент схемы (для трехфазных схем ).

2. 
   Регулировочная характеристика для трехфазного мостового симметричного преобразователя:
   

Определим минимальный (начальный) угол управления αнач, необходимый для ограничения выходного напряжения номинальной величины (Udн= 220 В), и максимальный (конечный) угол αкон, необходимый для обеспечения минимального напряжения (Udmin= 22 В).




Аналитический расчет соответствует графическому изображению регулировочной характеристики. (см. рис. 2)



Рисунок 2 – Регулировочная характеристика УВ

На данном рисунке мы можем наблюдать диапазон регулирования управляемого выпрямителя на активно-индуктивной нагрузке.
4. Выбор и расчет сглаживающего реактора. Внешние характеристики управляемого выпрямителя

4.1. Необходимая индуктивность цепи нагрузки
Для обеспечения режима непрерывного тока во всем диапазоне изменения нагрузки необходимо в цепи выпрямленного тока иметь индуктивность, Гн,



где 𝐾_{П𝑚𝑎𝑥} – максимальное значение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения в рабочем диапазоне углов управления 𝛼_нач...𝛼_кон (К_{П𝑚𝑎𝑥});

𝑓 – частота напряжения сети (𝑓 = 50), Гц;

с – коэффициент пульсности схемы выпрямления (𝑚_П = 2);

𝐼_{𝑑𝑚𝑖𝑛} – заданная граница непрерывного тока нагрузки, А (I_min = 0.15∙I_dн).



В контуре протекания выпрямленного тока находится индуктивность

𝐿_∑ = 𝑘𝐿_𝑇 + 𝐿_Я,

где 𝑘–число фаз трансформатора (𝑘 =1);

𝐿_𝑇 – индуктивность фазы трансформатора Гн.



𝐿_∑ = 1 ⋅ + = 0.023Гн

Проверим условие:



Данное условие не выполняется, следовательно, нужен сглаживающий реактор.

Для уменьшения пульсаций тока необходим сглаживающий реактор с индуктивностью .

Сглаживающие реакторы выпускаются промышленностью со стальным сердечником (серий ФРОС, СРОС, СРОСЗ, СРОМ) и без него (серии ТРОС). Реакторы со стальным сердечником могут быть одностержневые (ФРОС и СРОСЗ) и двухстержневые (СРОС и СРОМ).

Реакторы со стальным сердечником сохраняют индуктивность при двухкратном токе; при токах, превышающих это значение, магнитопровод реакторов насыщается и индуктивность уменьшается. Индуктивность реактора без стального сердечника (серии ТРОС) сохраняется при любом токе.

При выборе и расчете сглаживающего реактора необходимо установить его индуктивность .



Выберем реактор ФЗОС-8/0,5 УЗ с индуктивностью .
4.2. Построение внешних характеристик управляемого выпрямителя
При работе преобразователя напряжение на нагрузке 𝑈_𝑑 меньше определенного по регулировочной характеристике 𝑈_𝑑𝑎 на величину падения напряжения на суммарном сопротивлении 𝑅_𝑑 цепи постоянного тока:

𝑈_𝑑 = 𝑈_𝑑𝑎 − 𝐼_𝑑𝑅_𝑑.

𝑅_𝑑 образуется сопротивлениями трансформатора 𝑅_𝑇 и коммутационным 𝑅_П, обусловленным перекрытием анодных токов преобразователя:



где 𝑛_𝐵 – число эквивалентных вентилей в схеме, 𝑛_𝐵 = 2.





Внешние (нагрузочные) характеристики тиристорного преобразователя, построенные в зоне непрерывных токов, представляют собой семейство прямых линий, каждую из которых можно построить по двум точкам.

Характеристику построим для α_нач = 37 эл.гр., α_кон = 85 эл.гр., α₂ = 53 эл.гр.,

α₃ = 69 эл.гр,.



Рисунок 3 – Внешние характеристики управляемого выпрямителя

Из рисунка видно, что с ростом угла управления происходит падение напряжения. Падение напряжения выпрямителя можно условно разделить на три составляющие:

1) Падение напряжения, вызванное процессами коммутации;

2) Падение напряжения на активных сопротивлениях схемы;

3) Падение напряжения на вентилях.

Для каждой характеристики определим границу непрерывного тока



где 𝐾_Па – коэффициент пульсации выпрямленного напряжения для принятого угла регулирования 𝛼. Для α_нач = 37 эл.гр. = 0.95, α_кон = 85 эл.гр. = 1.3, α = 53 эл.гр. = 1.12, α = 69 эл.гр. = 1.28.