Тиристорный преобразователь постоянного тока (стр. 1 из 6)

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.

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.

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.

Задание

I. Расчетная часть

Рассчитать параметры и выбрать элементы тиристорного преобразователя (трансформатор, вентили, сглаживающий дроссель, защитную аппаратуру), привести полную электрическую схему преобразователя с подробным описанием ее работы и назначения всех элементов.

II. Графическая часть

В соответствии с параметрами выбранных элементов схемы преобразователя рассчитать и построить:

1.Регулировочные характеристики системы управления ТП:

E_d =f (a), U_d =f (a), a = f (U_У), E_d = f (U_У), где

E_d , U_d – соответственно ЭДС и напряжение на выходных зажимах ТП;

U_У – напряжение управления, подаваемое на входные клеммы ТП;

a - угол регулирования, определяющий момент отпирания вентилей;

2.Внешние характеристики тиристорного преобразователя для следующих значений ЭДС на двигателе: ±E_ДН; ±0.75×E_ДН; ±0.5×E_ДН; ±0.25×E_ДН; E_ДН = 0,

где E_ДН – номинальное значение ЭДС на обмотке якоря двигателя;

3.Границу прерывистого режима работы преобразователя и совмещенные временные диаграммы кривых e_d (u), i×R_Д (u), E_d (u), i (u) для трех случаев (номинальный, граничный и прерывистый токи) при a = const, где u = w_С×t;

4.Зависимость полной мощности и ее составляющих, коэффициента мощности от напряжения или скорости при выпрямленных токах I_d = 0.5×I_ДН и I_d = I_ДН;

5.Временные диаграммы кривой выпрямленной ЭДС на выходе преобразователя при значениях напряжения U_ДН; 0.5×U_ДН ; U_Д = 0 и напряжения на якоре электродвигателя для U_Д = U_ДН при E_Д = E_ДН ;

6.Выбрать структурную схему системы управления преобразователем, описать назначение блоков системы управления, и их взаимодействие в структуре, привести временные диаграммы, поясняющие принцип работы СУ ТП.

Исходные данные

1.Совместно-согласованная схема тиристорного преобразователя с раздельным способом управления его преобразовательными группами (ПГ) /рис.1.1/

2.Основные параметры электродвигателя П-72:

Номинальная частота вращения, n_ном: 750 об/мин.

Номинальная мощность: 11 кВт.

Номинальное напряжение, U_dn: 110 В.

Номинальный ток, I_dn: 123 А.

Максимальная частота вращения: 1500 об/мин.

КПД двигателя: 81%.

3. Тип нагрузки: обмотка якоря ДПТ.

4. Параметры питающей сети:

Частота питающей сети, Гц: f = 50 W_c = 2πf = 314

Напряжение питающей сети, В: U_c = 380 В

Предел изменения напряжения в сети ∆U_С, %: ∆U_С= 5%

5. Параметры регулирования:

Колебания напряжения сети ∆U_С, %: ∆U_С= ± 10%

Допустимая амплитуда пульсации тока якоря, А:

I_П_{. ДОП} = (2…10%) % I _dn, I _dn = 123А, I_П_{. ДОП} = 2,46А.

Допустимая величина уравнительного тока, А:

I_УР = 0,1 * I_dn = 12,3А

6. Параметры схемы:

Коэффициент схемы: К_СХ= 2,34.

Число фаз выпремления: m = 3.

Число пульсаций: p = 6.

Рис.1.1. Схема тиристорного преобразователя

1.Расчет силовой схемы тиристорного преобразователя

Выбор всех элементов ТП производится в предположении, что нагрузка на валу электродвигателя не зависит от направления его вращения. В этом случае каждая ПГ в ТП работает совершенно одинаково, следовательно, расчет можно проводить только для одной группы.

1.1.Расчет мощности и выбор силового трансформатора

Для согласования заданной величины выпрямленного напряжения питающей сети и ограничения скорости тока в тиристорах ТП используется силовые трансформаторы.

, (1.1)

где

E_н – номинальное значение ЭДС электродвигателя;

E_н=U_ДН-I_ДН*R_Я

U_ДН – номинальное напряжение на якоре электродвигателя;

I_ДН – номинальный ток электродвигателя;

I_ДН – номинальное значение выпрямленного тока преобразователя;

R_Я – активное сопротивление двигателя с учетом сопротивления якоря, компенсационной обмотки и добавочных полюсов, приведенное к рабочей температуре 80⁰С;

Ориентировочные значения сопротивления обмотки якоря определяется следующей формулой:

a_min – минимальный угол регулирования ТП (a_min = 15 эл.град.);

DU_В – падение напряжения на тиристоре, орентировочно на предварительном этапе расчета принять ∆U_В= 1,2В.

а_в – коэффициент зависящий от схемы выпрямления; а_в=2

d, С_Т, b – расчетные коэффициенты

d = 0,0043, С_Т= 0,0052, b = 0,0025

К_сет – коэффициент, учитывающий индуктивностя сети переменного тока; К_сет = 1,4.

l_н %, DP_Н% – напряжение короткого замыкания и потери в меди трансформатора; l_н % = 7%, DP_Н% = 2%.