Расчет элементов и характеристик реверсивного электропривода постоянного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

Таблица 1 - Тип двигателя и его основные параметры

Вариант	12
Номинальные величины	Напряжение	Uн	В	220
	Скорость вращения	nн	об/мин	1500
	Тип двигателя			П-42
	Мощность	Рн	кВт	4,5
	Ток	Iн	А	25,1
	Момент	Мн	кг•м	2,92
	КПД	н	%	80,3
Максимальная скорость при ослаблении поля	nм	об/мин	3000
Маховой момент	GD2	кг•м2	0,18
Допустимая кратность пускового тока	Iп/Iн		2
Число полюсов	2•р		4
Обмоточные данные	якоря	Число витков	Wя		341
		Сопротивление при 15°С	Rя	Ом	0,34
		Число параллельных ветвей	2•а		2
	Сопротивление добавочных полюсов при 15°С	Rд	Ом	0,21
	Послед. обмотка	Число витков на полюс	Wc		10
		Сопротивление при 15°С	Rc	Ом	0,038
	Паралл. обмотка	Число витков на полюс	Wш		1500
		Сопротивление при 15°С	rш	Ом	172

1.1. Силовая схема управляемого преобразователя - трехфазная нулевая.

1.2. Параметры питающей сети . Отклонения питающей сети - 380 В ± 8 %.

1.3. Допустимая амплитуда пульсаций тока в якорной цепи электродвигателя - 0.035•Iн .

1.4. Пределы изменения нагрузки на валу двигателя - (0.1ч1)•Мн .

Значение тока упора - 2.4•Iн .

1.5. Допустимая величина уравнительного тока - 0.15•Iн.

1.6. Управление вентильными группами преобразователя - совместное .

1.7. Фиксированные углы управления преобразователями: б2*=0,3 и

б3*=0.6 (б*=б/бmax , где бmax - максимальная величина угла управления выпрямителя при заданных параметрах нагрузки).

Значения противо - ЭДС нагрузки: Е1*=0.4В,Е2*=0.8 В (Е*=Е/Udб ,

где Udб - среднее значение выходного напряжения преобразователя при заданном фиксированном значении угла регулирования б).

1. Описание работы системы электропривода в соответствии с его функциональной схемой

Рассмотрим функциональную схему электропривода постоянного тока, выполненного по системе «управляемый выпрямитель-двигатель» (УВ-Д), которая представлена на рис 1.1.

Электропривод постоянного тока состоит из двигателя постоянного тока М и тиристорного преобразователя ТП. ТП преобразует напряжение сети переменного тока UC в выпрямленное напряжение UЯ, приложенное к цепи якоря электродвигателя.

Силовой трансформатор ТС служит для согласования напряжения питающей сети переменного тока и напряжений на стороне выпрямленного тока, а также для изоляции цепей.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепи якоря устанавливается сглаживающий дроссель Lдр.

Система импульсно-фазового управления (СИФУ) служит для изменения момента отпирания вентилей. Регулирование выпрямленного напряжения, а, следовательно, скорости двигателя, темпа разгона или замедления осуществляется за счет изменения фазы отпирающих импульсов. Это изменение фазы происходит под воздействием управляющих сигналов, поступающих от задающих органов (UЗ). Подобное управление является очень удобным и оперативным из-за своего быстродействия, гибкости, малой затраты мощности и небольших размеров управляющих устройств.

Рассмотрим способы осуществления реверса в электроприводах, выполненных по системе УВ-Д. Схемы реверсивного вентильного привода можно разбить на две основные группы:

1) схемы с одним комплектом вентилей и переключением в цепи якоря или возбуждения;

2) схемы бесконтактного реверса.

Бесконтактный реверс может быть получен за счет использования двухкомплектных вентильных преобразователей при применении вентилей, обладающих односторонне проводимостью (тиристоров). Схемы с двумя группами вентилей обеспечивают плавный переход из двигательного режима в тормозной.

Схемы реверсивного вентильного электроприводов с двумя комплектами вентилей делятся на два основных класса: перекрестные схемы и встречно-параллельные (противопараллельные) [2].Вследствие более простой конструкции трансформатора преимущественное применение нашла встречно-параллельная схема.

1.1 Описание заданного варианта схемы преобразователя

Работа тиристорных групп 1,2 в реверсивном преобразователе характеризуется попеременным использованием в них режимов выпрямления и инвертирования.

При совместном управлении отпирающие импульсы подаются на тиристоры как одной, так и другой групп во всех режимах работы привода, задавая одной группе режим выпрямления, ругой -- режим инвертирования. Углы управления а1,a2 соответственно тиристорами групп 1 и 2 связаны между собой условием равенства средних значений напряжения выпрямителя и инвертора (совместное согласованное управление, имеющих одинаковую полярность в схеме). Если тиристорная группа 1 находится в режиме выпрямления, а тиристорная группа 2 -- в режиме инвертирования, то полярность их напряжений Udа1, и Uda2 будет соответствовать полярности напряжения Ud на двигателе. При изменении режима работы тиристорных групп полярность напряжений Udа1, и Uda2, станет обратной.

Задание одной тиристорной группе условия для работы в качестве выпрямителя, а другой -- в качестве инвертора определяет для двухкомплектного реверсивного преобразователя его постоянную готовность к работе либо в режиме выпрямления, либо в режиме инвертирования при возможности осуществления прямого и обратного направлений вращения.

Реверсивный преобразователь с совместным управлением двух тиристорных групп позволяет создавать электропривод постоянного тока с высокими динамическими свойствами

Рис.2.1 - Схема реверсивного вентильного электропривода встречно-параллельная

Недостатком преобразователей с совместным управлением является необходимость принятия мер по уменьшению так называемого уравнительного тока.Уравнительный ток возникает под действием уравнительного напряжения, создаваемого разностью мгновенных значений напряжений для двух тиристорных групп.

Для уменьшения уравнительного тока в схему вводят насыщающиеся или ненасыщающиеся ограничительные реакторы

Необходимость применения ограничительных реакторов ухудшает массо-габаритные показатели системы. Поэтому режим совместно ногуправления используют при создании высокоточных электроприводов с повышенными требованиями к быстродействию.

Целью данного курсового проекта является освоение различных схем выпрямления тока, разработка системы импульсно-фазового управления преобразователем, выбор согласующего трансформатора и устройств защиты силовых вентилей, а также построение временных диаграмм работы преобразователя в различных режимах.

2. Расчет параметров согласующего трансформатора. Выбор типового трансформатора и его каталожных параметров

Основной функцией силового согласующего трансформатора в системе электропривода УВ-ДПТ является согласование напряжения питающей сети с напряжением двигателя постоянного тока ( ДПТ ).

Выбор трансформатора производится по расчетным значениям фазных напряжения U2Ф и тока I2Ф вторичной обмотки и кажущейся габаритной мощности Sт.

где Ксх - коэффициент схемы, зависящий от схемы преобразователя (для трехфазной нулевой схемы Ксх= 0.17);

К - коэффициент, учитывающий неполное открытие тиристоров при номинальной скорости двигателя при совместном управлении реверсивным вентильным преобразователем К = 1.05ч1.15 (примем К = 1.05);

Кr - коэффициент, учитывающий падение напряжения в силовой цепи Кr=1.05ч1.15 (примем Кr=1.05);

Кс - учитывает возможное снижение напряжения в силовой цепи Кс=1.05ч1.15.

,

где - отклонение напряжения сети, В.

Получаем



Расчетное значение фазного тока вторичной обмотки трансформатора:

где Кi2 - коэффициент, определяемый схемой выпрямления и схемой соединения обмоток (для трехфазной нулевой схемы Кi2=0.577);

Ki - учитывает отклонение формы тока от прямоугольной Kф=1ч1 Iн - номинальный ток двигателя (Iн=33А)

(А).

Необходимый коэффициент трансформации определяется из соотношения:

,

где U1Ф - номинальное фазное напряжение питающей сети (U1Ф=220 В).

Расчетное значение фазного тока первичной обмотки трансформатора:

I1Ф=Ki1•Kф•Iн/Kтр,

где Кi1 - коэффициент, определяемый схемой выпрямления (для трехфазной нулевой схемы Кi1=0,471).

I1Ф=Ki1• Kф• Iн /Kтр=0.471•1•25,1/0.93= 19.07(А).

Расчетное значение типовой мощности силового трансформатора определяется как

Sтр=Ks•Pdo,

Кs - коэффициент , учитывающий схему выпрямления преобразователя и схему соединения обмоток трансформатора ( для трехфазной нулевой схемы с активно-индуктивной нагрузкой , согласно [3] , Кs=1,345 );

Pdo= Udo•Iн - наибольшее значение мощности, потребляемой нагрузкой, Вт.

Udo - максимальное значение выпрямленного напряжения

Udo = U2Ф•Kсх = 224•1,17 = 262(В).

Pdo = Udo•Iн = 262•25,1 = 6,58•103 Вт.

Типовая мощность:

Sтр = Ks•Pdo = 1,345•6,58•103 = 8845 Вт•А.

В соответствии с полученными значениями Sтр , U2Ф , I2Ф и I1Ф выбираем трансформатор (см.табл.3 мет.указ. № 715) со следующими данными:

Таблица 2. Выбор трансформатора

Тип	Номинальная мощность , кВ•А	Потери	Uк , %	iхх , %	КПД , %	Масса, кг
		хх , Вт	кз , Вт
ТС-10/0.66	10	90	280	4,5	7	94	110

Определим активное и индуктивное сопротивления трансформатора, приведенные во вторичной цепи:

,

,

где Pкз - мощность короткого замыкания (Вт);

Uk - напряжение короткого замыкания ( % ).

m - число обмоток трансформатора в цепи нагрузки ( m=1 ).

(Ом).

(Ом).

3. Выбор вентилей силового преобразователя и защитных устройств с их расчетом

Выбор вентилей производят по допустимому среднему значению тока через вентиль и максимальному допустимому значению обратного напряжения с учетом возможных перегрузок по току и возможных повышений обратного напряжения.

Среднее значение тока через вентиль

Ivср=Kvi•Kнс•Iн,

где Kvi - коэффициент среднего тока через вентиль (для нашей схемы Kvi =0,333);

Kнс - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения тока по фазам преобразователя, зависящий от точности работы системы управления (Kнс=1.1 при допуске на несимметрию углов управления по фазам равным 3°).

Ivср=Kvi•Kнс•Iн=0.333•1.1•25,1=9,2(А).

Значение номинального тока в предполагаемых условиях охлаждения определяется как

Iv ном =Kо•Iv ср,

где Ко - коэффициент условий охлаждения (при естественном охлаждении вентилей на комплектных или усиленных радиаторах Kо=2ч4, примем Ко=3).

Iv ном =Kо•Iv ср=3•9,2=27,6(А).

Выбор вентилей по обратному напряжению производится из условия:

,

где Кнv - коэффициент обратного напряжения в соответствии со схемой преобразователя (для трехфазной нулевой схемы Кнv=2.09);

Кп - коэффициент повторяющий перенапряжение (Кп=1.25) за счет переходных процессов при включении и отключении тиристоров.

.

По полученным значениям Iv ном и Uпов выбираем вентили преобразователя (табл.4 мет.указ. № 751).

Таблица 3.1 - Основные параметры тиристоров

Параметры	Т122-20
Амплитудные значения прямого Uпрm и обратного Uобm напряжений, В	100-1200
Максимально допустимый средний ток Iср m , А	20
Действующий ток Iд, А	31,4
Пороговое напряжение Uo, В	1,15
Дифференциальное сопротивление в открытом состоянии rТ, мОм	17,2
(di/dt)крит в открытом состоянии, А/мкс (du/dt)крит в закрытом состоянии, В/мкс	100 50-1000
Тип охладителя	0221-60
Icр т, А при Тс=40°С и естественном охлаждении	12

4. Расчет индуктивностей сглаживающего дросселя и уравнительного реактора

Для уменьшения пульсаций выпрямительного тока и уменьшения зоны прерывистых токов в якорную цепь включается сглаживающий дроссель.

Расчет индуктивности сглаживающего дросселя из условия допустимого уровня пульсаций выпрямленного тока для двигателя производится по соотношению:

,

где Emi - амплитуда первой гармонической напряжения на нагрузке, В;

Em1 =0,5Udo=0,5262 =131 (В),

k - кратность гармоники;

k=1,

m3 - число коммутаций тока за период питающей сети;

m3 =3,

Imi - допустимое максимальное значение уровня пульсаций выпрямленного тока, А;

Imi =0.03Iн =0.0325,1=0,753А,

wc - круговая частота напряжения сети;

wc =314 рад/c.

L ? 131/133140,753 =0,184(Гн).

Принимаем L=0.2 (Гн).

Величина индуктивности сглаживающего дросселя:

Lдр = L - Lя - n•Lтр - n•L'ур,

где Lтр - индуктивность фазы согласующего силового трансформатора;

Lтр= / wc = 0,7/314 =210-3 (Гн),

n - количество фазных обмоток трансформатора, находящихся одновременно в цепи тока нагрузки;

n=2,

L'ур - значение индуктивности уравнительных реакторов, находящихся одновременно в цепи выпрямленного тока.

Найдем величину суммарной индуктивности Lу в контуре уравнительного тока:

Iур=0,15 Iн =0,1525,1=3,765(А),

kу=0,62,

wс=314 (рад/c),

U2мах= U2ф=224=313,6(В).

Lу =0.62=0,265( Гн).

Требуемая индуктивность уравнительных реакторов:

Lур= Lу- n1Lтр,

Lур=0,265-0.002=0,263(Гн).

При выборе уравнительного реактора учтем, что они не насыщающиеся, поэтому: n1=2.

Lур'= Lур/2=0,263/2=0,131(Гн).

Из полученного значения индуктивности из каталога выбираем значение уравнительного реактора:

Тип СРОС-200/0.5,

Iур =65(А),

Lур = 0.15(Гн). Rур=0.005*Uн/ Iур=0,04 (Ом).

Расчет индуктивности сглаживающего дросселя из условия ограничения зоны прерывистых токов значением минимального момента сопротивления определяется из соотношения:

,

(4.7)

Lдр=0,184-0,003-0,0002-20,131=0,449(Гн).

где Icmin= Mc min/Cм - ток якоря, соответствующий моменту нагрузки Мс min,

См - конструктивная постоянная двигателя, (В•с, Н•м/А).

R?а=Rя750+Rщ+Rд750+Rc750=0,54(Ом).

Mc min=0,1Мн=0,12,92=0,29(Нм).

Icmin= 0,29/1,32=0,22 (А).

L==-454,33(Гн).

Lдр=-454,33-0,003 -20.066=-454(Гн).

Из полученных двух значений индуктивности дросселя выбирается наибольшее и поэтому значению из каталога выбирают дроссель так, чтобы выполнялись условия:

Lкат ?Lдр наиб , Iн др ЎЭ Iя н

Тип СРОМ-200/10,

Iдр=26(А), Lдр=1(Гн).

5. Расчет и построение регулировочной и внешней характеристики преобразователя

Регулировочная характеристика для рассматриваемого преобразователя строится по выражению:

Ud= Udocos ,

где Ud- среднее значение напряжения холостого хода преобразователя, - угол регулирования.

Значение среднего выпрямленного напряжения Ud на якоре двигателя при известном значении тока нагрузки в функции :

Uя = Udо cos -?U-IRв-?U,

где I -ток якоря,

Rв- внутреннее активное сопротивление преобразователя,

?U-прямое падение напряжения на вентилях преобразователя,

?U-среднее значение коммутационного падения напряжения за период, в течение которого происходит mв коммутации:

Для трехфазной схемы

?U=,

?U=3140.00168333/2=8.318В.

?U=0.5В,

Rв=n1Rтр+Rдр+n2Rур.

Rдр= Rур=0.005UH/ IН=0.033Ом.

Rтр=?Pкз/m2I2ф2=400/320.372=0.964Ом.

Rв=10.964 +0.033+20.033=1.063Ом.

Udо=279.45В.

Uя=f(),

Рассчитаем несколько точек:

=00, Uя=235.56 В,Ud =279.45В.

1=200,Uя=218.7 В ,Ud =262.6В.

2=300,Uя=198.12В, Ud =242В.

3=600,Uя=95.83 В, Ud =139.72В.

4=750,Uя=28.43В, Ud =72.32В.

5=900,Uя= -43.89 В, Ud =0В.

Построим график регулировочной характеристики преобразователя:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.5.1 - График регулировочной характеристики преобразователя

Ud() Uя()

max=80.960.

Определение значений углов управления в соответствии с заданием:

2=38.070, (угол соответствует Ud=220В).

1=00.

3= 80.960.0.8=64.760.

Определение средних значений выпрямленного напряжения, соответствующих углам управления преобразователем 2 и 3, Ud2 и Ud3:

1=0;

В;

2=38.07;

В;

3=64.76;

В.

Определение значений противо-ЭДС в цепи нагрузки E1, E2, E3,соответствующих углам регулирования 1, 2, 3 :

тогда для каждого угла управления запишем:

для б1=00

Е1 =-IнR? =279.45-330.74=255 В;

для б2=38.070

E2= -IнR? =220-330.74=195.58 В;

для б3 =69.040

Е3=-IнR? =119.16-330.74=94.74В.

Расчёт и построение семейства внешних характеристик преобразователя Ud(Id), отвечающих углам управления 1, 2 и 3.

Построение внешних характеристик преобразователя производится по следующей формуле:

Тогда для каждого угла управления получим:

,

Ud1 (Id) =279.45-Id(20.033+ 0.964+0.5283/23.14)-2=277.45- Id1.28.

,

Ud2(Id) = 218-Id 1.28.

Рис. 5.2.Внешняя характеристика преобразователя

.

Ud3(Id) = 117.16-Id 1.28.

Построим семейство внешних характеристик Udi=f(Id),отвечающим значениям углов 1,2, 3:

6. Разработка принципиальной схемы СИФУ

Принципиальная схема СИФУ (один канал) представлен на рис.6.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 6.1 - Принципиальная схема СИФУ

Таблица 6.1 - Номиналы элементов схемы СИФУ

Обозначение	Наименование	Примечание
VT1	KТ 315
VT1, VT2	КТ 815
VD1-VD6	D 220
R1 , R3 , R9-R11	МЛТ-0,25	10 кОм +/- 10%
R2	МЛТ-0,25	1 МОм +/- 10%
R4	МЛТ-0,25	100 Ом +/- 5%
R5	МЛТ-0,25	4 кОм +/- 5%
R6	МЛТ-0,25	8 кОм +/- 5%
R7 , R8	МЛТ-0,25	20 кОм +/- 5%
С1	БМТ	1 мкФ
С2 , С3	БМТ	1 нФ

Временные диаграммы работы элементов СИФУ представлены на рис.6.2



Рис.6.2 - Временные диаграммы работы элементов СИФУ

Работа системы импульсно-фазового управления.

Усилитель-ограничитель A1 преобразует синусоидальное напряжение с трансформатора Т1 в прямоугольное напряжение. На усилителе А2 собрана схема ГПН (генератора пилообразного напряжения). На его вход подается синхронизирующее напряжение. В момент перехода этого напряжения через ноль формируется импульс, который включает транзистор VT1 и тем самым создает цепь

разряда конденсатора С1. По окончании импульса транзистор закрывается и начинается заряд конденсатора. Сформированное таким образом пилообразное напряжение через резистор R7 на компаратор, собранный на усилителе А3. Компаратор сравнивает напряжение управления с пилообразным напряжением при различных значениях напряжения управления Uупр на выходе А3 получаем прямоугольные импульсы с изменяющимся передним фронтом. Проходя через конденсатор С2 эти прямоугольные импульсы дифференцируются. На выходе С2 появляются два всплеска напряжения разной полярности. Положительный всплеск открывает транзистор VT2 . Времени до закрытия транзистора хватает, чтобы трансформатор Т2 успел “насытится”. На выходе T2 снимаются управляющие импульсы и через цепи защиты подаются на управляющий вход тиристора VS .

7. Расчет семейства электромеханических характеристик электропривода

Электромеханическая характеристика Щ=f(I) строится по выражению:

,

где Ra - полное сопротивление цепи якоря двигателя. Для построения семейства характеристик Щ=f(I) для заданных значений Щ определим при I=Iн.

(В.с)

Определим граничные значения прерывистого тока для ранее определенных значений: 1=0,2=38.07,3=64.76.

,

Рассчитаем ток в критической зоне:

для 1=0, Iгр =0;

для 2=38.07, 2=0.664 рад, Iпр =0.743А;

для 3=54.224, 3=0.30095р рад, Iпр =1А.

В соответствии с (7.2) строится граничная зона между прерывистым и непрерывным током.

Строим электромеханическую характеристику по формуле (7.1).

Рис.7.1 - Семейство электромеханических характеристик для различных , граничная зона прерывного и непрерывного тока

8. Определение минимального угла инвертирования и предельной величины тормозного тока

В инверторном режиме ЭДС двигателя действует в проводящем направлении вентилей, а ЭДС вторичной обмотки трансформатора знакопеременна. Поэтому для осуществления инвертирования обязательно необходимо периодическая коммутация тока с проводящей фазы трансформатора на последующую, в которой отрицательное значение ЭДС имеет наибольшую величину.

Более того, для обеспечения надежной коммутации (исключения аварийного режима “опрокидывания инвертора”) необходимо, чтобы угол регулирования в был больше суммы угла коммутации г и угла восстановления запирающих свойств тиристора у:

в ? г+ у = вmin,

Для надежной работы электропривода необходимо, чтобы это неравенство выполнялось во всем диапазоне скоростей и вплоть до максимальной нагрузки. Но это обстоятельство сужает область регулирования в инверторном режиме, ограничивая значение предельной ЭДС электрической машины, работающей в генераторном режиме, а значит, значение ее максимальной скорости.

Максимально допустимое значение скорости по условиям коммутации Щmax может быть получено из уравнения электромеханической характеристики в режиме рекуперативного торможения, если в него подставить значение минимального угла регулирования вmin:

,

Рассчитаем суммарное сопротивление:

R? =Ra? + Rдр+ Rтр +2Rур,

Построим линию предельных скоростей.

Для этого:

1. Задаваясь значениями Id от Imin до Imax, определяем соответствующие значения вmin.

,

2. Для соответствующих значений тока якоря (I < 0) и вmin находим значения максимально допустимых скоростей Щmax .

Imin = 0.1 = 0.313 А,

Imax ==3.14А,

Определим значения вmin и Щmax:

вmin1(Imin) =,

Щmax1(Imin)=рад/с

вmin2(Imax) =,

Щmax2(Imax) =рад/с.

Рис.8.1 - Линия предельных скоростей

9. Расчет энергетических показателей преобразователя

Величина угла коммутации в зависимости от угла регулирования :

Относительная величина активной мощности:

(9.2) Относительная величина реактивной мощности:

Относительная величина полной мощности:

где К1 и К2 - коэффициенты, соответствующие схеме преобразователя;

- угол коммутации.

Относительная величина мощности искажения:



Коэффициент мощности преобразователя:

Коэффициент полезного действия преобразователя:

,

при Ф = const.

я з= 86%.

Расчет КПД и коэффициента мощности от угловой скорости вала двигателя для различных токов якоря двигателя.



Рис.9.1 Графики энергетических показателей преобразователя

10. Расчет переходных процессов при прямом и управляемом пусках

Рассчитаем параметры преобразователя для структурной схемы:

Расчет электромагнитной постоянной цепи якоря:

Момент инерции преобразователя:

Jпр =J/4 =0.35/4 =0.0875 гкм2.

Коэффициент преобразователя:

kп =

Коэффициент усиления:

Время запаздывания:



Рис.10.1 - Структурная схема преобразователя при прямом пуске с реактивным моментом сопротивления

Рис .10.2 - Переходный процесс при прямом пуске с реактивным моментом сопротивления

Рис. 10.3 - Структурная схема преобразователя при управляемом пуске с реактивным моментом сопротивления



Рис. 10.4 переходные процессы при управляемом пуске с реактивным моментом сопротивления

11. Расчет и построение в масштабе временных диаграмм напряжений и токов

11.1 Расчёт и построение временных диаграмм при чисто активной нагрузке (Ld=0) и угле регулирования 2=37.202

Полное активное и индуктивное сопротивление цепи нагрузки:

Ом;

Ом.

Тогда постоянная времени цепи нагрузки будет равна:

с.

Найдём угол нагрузки:

.

Запишем фазные напряжения вторичной обмотки трансформатора:

;

;

.

Найдём среднее значения выпрямленного напряжения:

В.

Найдём среднее значение выпрямленного тока:

А.

Уравнение для расчёта тока на тиристоре (на примере тиристоров VS1 и VS6) будет иметь следующий вид:

.

Найдём среднее значение тока на тиристоре:

А.

Находим ток первичной обмотки силового согласующего трансформатора:

где KТ - коэффициент трансформации.



Рис. 11.1 - Временные диаграммы работы преобразователя при чисто активной нагрузке Ld>0, при угле регулирования б2.

11.2 Построение временных диаграмм при активно-индуктивной нагрузке с б2 =37.2020(Ld>?)



Рис. 11.2 - Временные диаграммы работы преобразователя при активно-индуктивной нагрузке с б2=37.2020,Ld>?

11.3 Расчет и построение временных диаграмм при активно-индуктивной нагрузке с заданными параметрами Rd и Ld

Расчёт и построение временных диаграмм при активно-индуктивной нагрузке с заданными параметрами Ld и Rd и угле регулирования 1=0.

При данном режиме работы преобразователя кривые токов строятся, с использованием следующих аналитических выражений:

,

где iсв() и iпр() - соответственно свободная и принуждённая составляющие тока;

,

где с1 - постоянный коэффициент, находящийся из начальных условий, (с-1);

,

где - угол регулирования, d - угол нагрузки;

А.

Найдём постоянный коэффициент c1 из начальных условий:

;

;

тогда искомый коэффициент c1 для данного режима работы преобразователя будет равен:

А;

тогда окончательно, уравнение для расчёта кривой тока нагрузки будет иметь следующий вид:

.

Для расчёта кривой тока первичной обмотки силового согласующего трансформатора умножим выражение для тока нагрузки на значение коэффициента трансформации KТ. Тогда получим следующее выражение для расчёта тока первичной обмотки трансформатора:



.

Рис 11.3 - Временные диаграммы преобразователя при активно-индуктивной нагрузке с рассчитанными величинами Ld и Rd при угле регулирования б1 =00

Расчёт и построение временных диаграмм при активно-индуктивной нагрузке с заданными параметрами Ld и Rd и угле регулирования 2=37.202. электропривод трансформатор реактор преобразователь

Для построения диаграмм воспользуемся теми же выражениями для токов, что и в предыдущем пункте.

Найдём постоянный коэффициент c2 из начальных условий:

;



;

тогда искомый коэффициент c2 для данного режима работы преобразователя будет равен:

А;

тогда окончательно, уравнение для расчёта кривой тока нагрузки будет иметь следующий вид:

.

Для расчёта кривой тока первичной обмотки силового согласующего трансформатора умножим выражение для тока нагрузки на значение коэффициента трансформации KТ. Тогда получим следующее выражение для расчёта тока первичной обмотки трансформатора:

Расчёт и построение временных диаграмм при активно-индуктивной нагрузке с заданными параметрами Ld и Rd и угле регулирования 3=54.224.

Для построения диаграмм воспользуемся теми же выражениями для токов, что и в предыдущем пункте.

.



Рис.11.4 - Временные диаграммы преобразователя при активно-индуктивной нагрузке с рассчитанными величинами Ld и Rd при угле регулирования б2 =37.2020

Найдём постоянный коэффициент c3 из начальных условий:

;

тогда искомый коэффициент c3 для данного режима работы преобразователя будет равен:

А;

тогда окончательно, уравнение для расчёта кривой тока нагрузки будет иметь следующий вид:

.

Для расчёта кривой тока первичной обмотки силового согласующего трансформатора умножим выражение для тока нагрузки на значение коэффициента трансформации KТ. Тогда получим следующее выражение для расчёта тока первичной обмотки трансформатора:

.

Рис.11.5 - Временные диаграммы преобразователя при активно-индуктивной нагрузке с рассчитанными величинами Ld и Rd при угле регулирования б3 =54.2240

11.4 Расчет и построение временных диаграмм при активно-индуктивной нагрузке с источником противо-ЭДС и заданными Rd и Ld

Расчёт и построение временных диаграмм при активно-индуктивной нагрузке с источником противо-ЭДС E1=222.19 (В), заданными Rd и Ld и угле регулирования 1=0.

При данном режиме работы преобразователя кривые токов строятся с использованием тех же выражений, что и в предыдущем пункте. Изменится лишь запись принуждённой составляющей тока нагрузки. Так, выражение, описывающее iпр(), будет иметь следующий вид:

,

где E - противо-ЭДС в цепи нагрузки;

Найдём постоянный коэффициент c4 из начальных условий:

;

;

тогда искомый коэффициент c4 для данного режима работы преобразователя будет равен:

А;

тогда окончательно, уравнение для расчёта кривой тока нагрузки будет иметь следующий вид:

.

Для расчёта кривой тока первичной обмотки силового согласующего трансформатора умножим выражение для тока нагрузки на значение коэффициента трансформации KТ. Тогда получим следующее выражение для расчёта тока первичной обмотки трансформатора:

Рис. 11.6 - Временные диаграммы преобразователя с нагрузкой Ld -Rd и с значением противо-ЭДС Е1 =222.19В, с б1 =00

Расчёт и построение временных диаграмм при активно-индуктивной нагрузке с источником противо-ЭДС E2=165.984 (В), заданными Rd и Ld и угле регулирования 2=37.202.

Для построения диаграмм воспользуемся теми же выражениями для токов, что и в предыдущем пункте.

Найдём постоянный коэффициент c6 из начальных условий:

;

;

тогда искомый коэффициент c6 для данного режима работы преобразователя будет равен:

А;

тогда окончательно, уравнение для расчёта кривой тока нагрузки будет иметь следующий вид:

-393.327

Для расчёта кривой тока первичной обмотки силового согласующего трансформатора умножим выражение для тока нагрузки на значение коэффициента трансформации KТ.



Рис. 11.7 - Временные диаграммы преобразователя с нагрузкой Ld-Rd и с заданными значениями ЭДС Е2 =165.984, с б2 =37.2020

Тогда получим следующее выражение для расчёта тока первичной обмотки трансформатора:

-696.1.

Расчёт и построение временных диаграмм при активно-индуктивной нагрузке с источником противо-ЭДС E3=107.632(В), заданными Rd и Ld и угле регулирования 3=54.224.

Для построения диаграмм воспользуемся теми же выражениями для токов, что и в предыдущем пункте.

Найдём постоянный коэффициент c7 из начальных условий:

тогда искомый коэффициент c2 для данного режима работы преобразователя будет равен:

А;

тогда окончательно, уравнение для расчёта кривой тока нагрузки будет иметь следующий вид:

.

Для расчёта кривой тока первичной обмотки силового согласующего трансформатора умножим выражение для тока нагрузки на значение коэффициента трансформации KТ. Тогда получим следующее выражение для расчёта тока первичной обмотки трансформатора:

.

Рис. 11.8 - Временные диаграммы преобразователя с нагрузкой Ld-Rd и с заданными значениями ЭДС Е3 =107.632, с б3 =54.2240

11.5 Расчет и построение временных диаграмм при активно-индуктивной нагрузке с источником противо-ЭДС и заданными Rd и Ld с учетом процессов коммутации

Расчёт и построение временных диаграмм при активно-индуктивной нагрузке с источником противо-ЭДС E1=222.19(В), заданными Rd и Ld и угле регулирования 1=0 с учётом процессов коммутации.

Найдём средние выпрямленные напряжение и ток, соответственно Ud и Id, и интервал коммутации .

Для нахождения этих искомых величин запишем выражение для напряжения на нагрузке с учётом процессов коммутации:

подставив полученное выражение в следующее соотношение:

,

получим:

,

откуда найдём значение тока нагрузки Id:

А;

найдём значение напряжения нагрузки Ud:

В.

Тогда значение интервала коммутации будет равно:

.

При данном режиме работы преобразователя кривые токов строятся следующим выражениям:

А;

А;

;

,

где Id1() - ток нагрузки на интервале от 0 до , Id2() - ток нагрузки на интервале от до 60, - интервал коммутации.

Найдём постоянные коэффициенты c10 и c11 из начальных условий:



;

;

;

Приравняв токи Id1(0) и Id2(60), а также Id1() и Id2() между собой составим следующую систему уравнений:

=

,

=

=

откуда найдём коэффициенты с10 и с11:

с10=641.535;

с11=651.529.

Запишем окончательные выражения для токов нагрузки:

;

.

Для расчёта кривой тока первичной обмотки силового согласующего трансформатора умножим выражения для тока нагрузки на значение коэффициента трансформации KТ. Тогда получим следующие выражения:

.

Рис. 11.9 - Временные диаграммы преобразователя с процессами коммутации с Ld-Rd нагрузкой с ЭДС Е1=222.19В, с б1=00

Расчёт и построение временных диаграмм при активно-индуктивной нагрузке с источником противо-ЭДС E2=165.984В, заданными Rd и Ld и угле регулирования 2=37.202 с учётом процессов коммутации.

Найдём средние выпрямленные напряжение и ток, соответственно Ud и Id, и интервал коммутации .

Для нахождения этих искомых величин запишем выражение для напряжения на нагрузке с учётом процессов коммутации:

подставив полученное выражение в следующее соотношение:

,

получим:

,

откуда найдём значение тока нагрузки Id:

А;

найдём значение напряжения нагрузки Ud:

В.

Тогда значение интервала коммутации будет равно:

.

При данном режиме работы преобразователя кривые токов строятся по следующим выражениям:

А;

А;

Найдём постоянные коэффициенты c12 и c13 из начальных условий:

;

;

.

Приравняв токи Id1(0) и Id2(60), а также Id1() и Id2() между собой составим следующую систему уравнений:

=

,

=

.

откуда найдём коэффициенты с10 и с11:

с12=500.727;

с13=506.34.

Запишем окончательные выражения для токов нагрузки:

;

.

Рис. 11.10 - Временные диаграммы работы преобразователя с процессами коммутации с Ld-Rd нагрузкой с ЭДС E2=165.984, c б2=37.2020

Расчёт и построение временных диаграмм при активно-индуктивной нагрузке с источником противо-ЭДС E3=107.632 В, заданными Rd и Ld и угле регулирования 3=54.224 с учётом процессов коммутации

Рис. 11.11 - Временные диаграммы преобразователя с процессами коммутации с Ld-Rd c значениями E3=107.632, с б3 = 54.2240

11.6 Расчёт и построение временных диаграмм при работе преобразователя в режиме инвертора ведомого сетью с углом регулирования =3+ и источником ЭДС Е2 в цепи нагрузки

Найдём угол задержки отпирания тиристоров :

.

Найдём угол опережения отпирания тиристоров :

.

Тогда среднее значение напряжения Ud будет равно:

В.

Найдём среднее значение тока Id:

А.

При данном режиме работы преобразователя кривые токов строятся по следующим выражениям:

, где E - ЭДС в цепи нагрузки;

Найдём постоянный коэффициент c16 из начальных условий:

,

;

тогда искомый коэффициент c16 для данного режима работы преобразователя будет равен:

А;

тогда окончательно, уравнение для расчёта кривой тока нагрузки будет иметь следующий вид:

.



Рис.11.12 Временные диаграммы в режиме инвертора ведомого сетью б= б3+900=144.2240 и источником ЭДС Е2

Список использованной литературы

1. Характеристики и защита полупроводниковых преобразователей: Учеб. пособие / Н.Л. Архангельский, Б.С. Курнышев, А.Н. Литвинский; Иван. гос. энерг. ун-т. - Иваново, 2000. - 96 с.

2. В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, В.М. Петухов. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник. -М., Радио и связь, 1988

3. Руководство по проектированию систем управления электроприводами: Учеб. пособие / Н.А. Архангельский, А.Б. Виноградов, С.К. Лебедев; Иван. гос. энерг. ун-т. - Иваново, 1999.

4. Забродин Ю.С. промышленная электроника.-М.:Высшая школа,1982.-496с.

5. Филичев В.Т. Расчет элементов и характеристик реверсивного электропривода постоянного тока по системе “Управляемый выпрямитель -двигатель”:Методические указания/ИГЭУ:Иваново,1993.-36с.

6. Архангельский Н.Л. Выпрямители в системах постоянного тока:Учебное пособие/ИГЭУ:Иваново,2003.-159с.

Размещено на Allbest.ru

...