Расчет и краткое описание тиристорах в электроприводе (стр. 3 из 4)

Построение регулировочной характеристики ВП Е_d = f (U_у) осуществляется графо-аналитическим методом в первом квадранте графика (см. Приложение II):

1. Сначала в четвертом квадранте графика строим зависимость a = f (U_у)

Найдем U_см при a_мах = 120° ; U_у = 0 B

Т. о. U_у может изменяться в пределах от 0 до 10 В

Таблица 2.2

Uy	0	1	2	3	4	5	6,7
a, град	120	102	84	66	48	30	0

2. Затем во втором квадранте графика строится зависимость Е_d = f (a)

а) при 0 ≤ a ≤ 60°

E_d = U_do cos a

б) при 60° ≤ a ≤ 120°

E_d = U_do (1 + cos (60° + a))

Таблица 2.1

a, град	0	30	48	66	84	102	120
Ed , В	367,02	243,1	167,5	100,1	46,3	11,8	0

3. Искомый график E_d = f (U_d) отыскивается по точкам, каждая из которых отыскивается на пересечении прямых проведенных через заданное значение U_у и соответствующее значение E_d на кривой Е_d = f (a )

2.2 Регулировочные характеристики НР–ВП

Построение регулировочной характеристики НР–ВП U_вх.у. = f (U_у) осуществляется графоаналитическим методом в четвертом квадранте графика. Производится аппроксимация регулировочной характеристики ВП Е_d = f (U_у) двумя прямыми линиями. Затем аппроксимированная характеристика ВП переносится во второй квадрант графика. На уровне точки излома аппроксимированной характеристики ВП определяем напряжение управления излома U_у.и

1. Строится желаемая прямая регулировочной характеристики в первом квадранте графика по двум точкам ( 0 ; 0 ) и ( U_do ; U_у = 10 В).

2. В четвертом квадранте по точкам, как и регулировочная характеристика ВП, строится требуемая выходная характеристика нелинейного регулятора

U_вх.у. = f (U_у)

3. На уровне точки излома характеристики НР определяем входное напряжение управления излома U_вх.и

2.4 Определение коэффициента усиления ВП в точке номинального режима

После отыскания регулировочной характеристики ВП Е_d = f (U_у) на ней в точке номинального режима U_я.н. проводится касательная к графику. Коэффициент усиления ВП в этой точке численно равен тангенсу угла наклона касательной к оси U_вх.у .

III. РАСЧЕТ ВНЕШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕНТИЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

В зоне прерывистого тока нагрузки расчет ведется с помощью ЭВМ согласно следующим выражениям:

где U_2M = 254,747 B

L_я = 9,4 · 10 ^-3 Гн

L_c.д. = 0,08 Гн

К_сх = 2

L_TP = 3,638 · 10^-4 Гн

ω_с = 314 с ^-1

λ = 0 ч 60є – угловая длительность проводящего состояния тиристора

α = 0 ч 180є – угол управления тиристорами

В зоне непрерывного тока расчет ведется согласно следующим выражениям:

где

r_TP = 0,0133 Ом – приведенное активное сопротивление фазы трансформатора

Внешние характеристики в зоне непрерывного тока при α=const представляют собой прямые линии с наклоном, зависящим от внутреннего сопротивления выпрямителя. Откуда мы можем определить внутреннее сопротивление выпрямителя:

Графики внешних характеристик при различных значениях угла α и граница режима прерывистого тока при λ = λ_мах =

IV. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЕНТИЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

ВП представляет для сети нагрузку которая потребляет несинусоидальный ток.

Кроме активной мощности он также потребляет и реактивную мощность (мощность искажения).

Т.о. вентильный преобразователь является искажающей нагрузкой и характеризуется следующими факторами:

1. ВП потребляет из сети несинусоидальный ток в гармоническом составе которого присутствуют высшие гармоники с порядковыми номерами K = mn ± 1 (для трехфазной мостовой схемы ВП m = 6 ; К = 1 , 2 , 3 … ), а это отрицательно влияет на остальные элементы цепи.

2. ВП потребляет реактивную мощность (согласно требованиям ПУЭ К_м ≥ 0,95)

3. Кратковременные переключения вентиля представляют собой кратковременные междуфазные короткие замыкания.

В случае если мощность преобразователя соизмерима с мощностью сети

то эти короткие замыкания будут приводить к искажениям формы сетевого напряжения.

Согласно ГОСТ 13.109 – 98 “Нормы на качество напряжения в распределительных сетях”

4.1 Коэффициент полезного действия

η высок т.к. вентильный преобразователь выполняется на тиристорах и диодах, которые по своим параметрам близки к идеальному ключу и имеют кпд равный 0,99. Сумма потерь очень мала по сравнению с полезной мощностью, поэтому кпд как правило не рассчитывается.

4.2 Коэффициент мощности

В отличие от кпд коэффициент мощности характеризует эффективность использования электрической энергии т.к. в состав полной мощности кроме активной входит еще и реактивная мощность.

Получим коэффициент мощности для трехфазного мостового преобразователя:

где

– коэффициент искажения;

К_с = cos φ₁ – коэффициент сдвига первой гармоники тока, относительно напряжения сети

Как видно из диаграмм трехфазного мостового преобразователя (см. Приложение V)

φ = х – у

φ = α Þ K_c = cos φ₁ = cos α

Найдем коэффициент искажения

где

a₁ и b₁ – коэффициенты ряда Фурье перед первым слагаемым

Т.о коэффициент мощности равен:

К_м = К_с · К_и = 0,95 · cos α

График зависимости коэффициента мощности от cos α строим по двум точкам cos α = 0 и cos α = 1.

4.3 Способы повышения коэффициента мощности

В настоящее время известно несколько схем и способов повышения коэффициента мощности тиристорных преобразователей. Для повышения коэффициента мощности можно использовать нулевой обратный диод, как показано на схеме. Данная схема обеспечивает некоторое повышение К_м за счет увеличения К_с в нижней половинной части диапазона регулирования, т.е. при

. В верхней части диапазона регулирования обратный вентиль в работу не вступает и энергетические показатели такие же как и в обычной схеме без обратного вентиля. Недостатком данной схемы является искажение формы потребляемого сетевого тока, т.к. в его составе появляются высшие гармоники, вследствие чего уменьшается К_и. Данную схему рекомендуется использовать когда работа нереверсивных ТП происходит на пониженных скоростях двигателя.

Включение V0 происходит на интервалах от точки естественной коммутации до включения очередного тиристора. Он работает в течении

градусов с шестикратной частотой.

Получим коэффициент мощности:

К_мо = К_ио · К_со

К_со = cos φ₁