Курсовой. Управляемый выпрямитель
Скачать 0.55 Mb.
|
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 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. 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. 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. 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. Выпрямленное напряжение преобразователя при угле регулирования определяется: где – коэффициент схемы (для трехфазных схем ). 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 𝐾П𝑚𝑎𝑥 – максимальное значение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения в рабочем диапазоне углов управления 𝛼нач...𝛼кон (КП𝑚𝑎𝑥); 𝑓 – частота напряжения сети (𝑓 = 50), Гц; с – коэффициент пульсности схемы выпрямления (𝑚П = 2); 𝐼𝑑𝑚𝑖𝑛 – заданная граница непрерывного тока нагрузки, А (Imin = 0.15∙Idн). В контуре протекания выпрямленного тока находится индуктивность 𝐿∑ = 𝑘𝐿𝑇 + 𝐿Я, где 𝑘–число фаз трансформатора (𝑘 =1); 𝐿𝑇 – 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 𝑈𝑑 меньше определенного по регулировочной характеристике 𝑈𝑑𝑎 на величину падения напряжения на суммарном сопротивлении 𝑅𝑑 цепи постоянного тока: 𝑈𝑑 = 𝑈𝑑𝑎 − 𝐼𝑑𝑅𝑑. 𝑅𝑑 образуется сопротивлениями трансформатора 𝑅𝑇 и коммутационным 𝑅П, обусловленным перекрытием анодных токов преобразователя: где 𝑛𝐵 – число эквивалентных вентилей в схеме, 𝑛𝐵 = 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 αнач = 37 эл.гр., αкон = 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 𝐾Па – коэффициент пульсации выпрямленного напряжения для принятого угла регулирования 𝛼. Для αнач = 37 эл.гр. = 0.95, αкон = 85 эл.гр. = 1.3, α = 53 эл.гр. = 1.12, α = 69 эл.гр. = 1.28. |