Выбор элементов тиристорного преобразователя. Особенности расчета тиристорного преобразователя для электропривода постоянного тока. Характеристики основных элементов преобразователя и схем защиты. Подбор подходящих под результаты расчета элементов.
Аннотация к работе
4.1 Регулировочная характеристика СИФУТаблица1-Данные электродвигателя постоянного тока Номер варианта 3 Номер варианта 5 максимальный угол регулирования 60 допустимый коэффициент пульсации тока якоря , %1,5 исполнение преобразователя реверсивное, 2-х комплектное с раздельным управлением форма опорного напряжения СИФУ пилообразная Схему тиристорного преобразователя выбираем по номинальной мощности заданного двигателя.Расчетное значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора выбирается из заданных условий работы нагрузки с учетом возможного понижения напряжения сети и допустимых токовых перегрузок, В: , где коэффициент схемы; коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения в сети; коэффициент запаса, учитывающий снижение напряжения на выходе выпрямителя за счет ограничения угла открывания тиристоров в реверсивных преобразователях с раздельным управлением; коэффициент, учитывающий падение напряжения в вентилях и обмотках трансформатора, а также наличие углов коммутации; В: Действующее значение линейного тока вторичной обмотки трансформатора, А: где коэффициент тока, зависящий от схемы выпрямителя;Выбор тиристоров осуществляется по току и напряжению. Нагрузочная способность вентилей определяется максимально допустимой температурой полупроводниковой структуры, которая не должна быть превышена в любых режимах работы: длительная работа с номинальным током двигателя; рабочая перегрузка двигателя в течение заданного времени; аварийный режим в течение времени срабатывания защиты. Нагрев вентиля зависит от величины и формы тока, а также от условий охлаждения.В анодные цепи преобразователей последовательно с трансформаторами включают реакторы, которые совместно с индуктивностью рассеяния трансформатора ограничивают аварийные токи(действующие значения установившегося тока короткого замыкания), в пределах допустимого ударного тока тиристора. Периодическая составляющая ударного тока, А: где ударный ток вентиля, А;Пульсации выпрямленного напряжения на выходе преобразователя вызывают пульсации тока в силовой цепи, что ухудшает условия коммутации двигателей постоянного тока и приводит к дополнительному нагреву всех элементов силовой цепи.Изза высокой чувствительности тиристоров к перенапряжениям и токовым перегрузкам надежная работа полупроводниковых преобразователей может быть обеспечена при применении соответствующих видов защит, ограничивающих допустимые значения как перенапряжения, так и тока, протекающего через тиристоры. Для защиты тиристорных преобразователей от токов короткого замыкания широко применяют быстродействующие предохранители серии ПБВ, ПНБ5 и ПНБ5М. Как правило, предохранители обеспечивают защиту тиристоров от токов короткого замыкания и не защищают от перегрузки.Достоинством автоматических выключателей (автоматов, выключателей) в том, что в них совмещены устройство защиты и коммутационный аппарат. Поэтому автоматические выключатели в тиристорных преобразователях могут быть использованы как резервные средства защиты, обеспечивающие отключение преобразователя при отказе основных средств защиты и перегрузках. Действующее значение установившегося тока короткого замыкания, А: Фазный ток первичной обмотки трансформатора, А: Ток уставки теплового расцепителя, А: Выбираем автоматические выключатели по условию: , где ток уставки расцепителя.Для защиты тиристорных преобразователей от коммутационных перенапряжений применяют RC-цепочки, включенные параллельно тиристорам. Ток, протекающий через тиристор перед началом коммутации, А: Величина емкости RC-цепочек, МКФ: Принимаем Сопротивление RC-цепочек, Ом: Принимаем (стандартный ряд Е24). Для защиты от перенапряжений при включении ненагруженного трансформатора в большинстве ТП применяются электрические конденсаторы, включенные последовательно с резисторами на выходе вспомогательного выпрямителя на маломощных диодах.Циклическая частота напряжения сети, рад/с: При исследовании статических режимов тиристорных преобразователей значительное место отводится расчету и построению регулировочных характеристик: СИФУ ;силовых схем преобразователей и вентильных преобразователей совместно с СИФУ , а также внешних характеристик преобразователя ,и электромеханических характеристик двигателя в разомкнутой системе. Уравнение регулировочной характеристики тиристорного преобразователя описывается следующими выражениями: Рисунок 3-Регулировочная характеристика силовой схемы тиристорного преобразователя Результирующая регулировочная характеристика преобразователя представляет собой зависимость ЭДС преобразователя от напряжения управления , и определяется регулировочными характеристиками силовой части и СИФУ преобразователя. При наиболее широко используемом вертикальном принципе построения СИФУ вид регулировочной характеристики преобразователя зависит от формы опорного напряжения генератора опорного напряжения (ГОН) СИФУ.
2. Расчет и выбор элементов тиристорного преобразователя
2.1 Расчет силового трансформатора
2.2 Выбор тиристоров
2.3 Расчет индуктивности и выбор токоограничивающего реактора
2.4 Расчет индуктивности и выбор сглаживающего дросселя
3. РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ЗАЩИТЫ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
3.1 Выбор плавких предохранителей
3.2 Выбор автоматических выключателей
3.3 Выбор средств защиты от перенапряжений
Список литературы
Введение
Преобразовательные устройства служат для преобразования переменного напряжения (тока) в постоянное, постоянного напряжения (тока) в переменное, переменного напряжения (тока) одной частоты в переменное напряжение (ток) другой частоты. В преобразовательных устройствах используются средства, осуществляющие фильтрацию и стабилизацию тока и напряжения. Основными характеристиками преобразовательных устройств являются коэффициент полезного действия, коэффициент мощности и другие энергетические характеристики.
Преимущества полупроводниковых преобразовательных устройств по сравнению с другими преобразователями неоспоримы: они обладают высокими регулировочными характеристиками и энергетическими показателями, имеют малые габариты и массу, просты и надежны в эксплуатации.
Благодаря указанным преимуществам полупроводниковые преобразовательные устройства получили широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.
Основными видами преобразователей электрической энергии являются: - выпрямители (управляемые, неуправляемые);
- инверторы (АИТ, АИН, АИР);
- преобразователи частоты;
- импульсные преобразователи (постоянного или переменного тока);
- преобразователи числа фаз.
В последнее время для анализа процессов в преобразовательных устройствах все шире обращаются к ЭВМ, что позволяет проводить точный расчет и оптимизацию схем.
Силовая схема преобразователя.
Силовая схема управляемого тиристорного преобразователя (ТП) используется в качестве выпрямителя или инвертора.
В связи с дискретностью работы вентилей в силовой цепи возникают пульсации тока, которые вызывают дополнительные потери в обмотках электрических машин, увеличивают нагрев, ухудшают условия коммутации двигателя.
Трехфазная нулевая схема проста и содержит мало вентилей. Однако, изза больших значений действующих анодных токов и обратных напряжений, наличия токов вынужденного намагничивания трехфазные нулевые схемы целесообразны при соединении обмоток звезда-звезда и треугольник-звезда для тиристорных приводов мощностью 5-30 КВТ.
Для реверсивных электроприводов с рекуперативным торможением применяются, как правило, двухкомплектные преобразователи, один из которых работает в выпрямительном, а другой - в инверторном режиме.
В зависимости от порядка работы комплектов различают системы с раздельным и совместным управлением.
При раздельном управлении работает только один комплект преобразователя, обеспечивающий требуемое направление и величину скорости вращения привода. Другой комплект находится в выключенном состоянии. Для изменения режима работы комплектов используется специальное логическое переключающее устройство, которое обеспечивает требуемую последовательность отключения ранее работавшего комплекта и включения другого. Поэтому при раздельном управлении в установившихся режимах характеристики привода не отличаются от работы с однокомплектным нереверсивным преобразователем.
Достоинством раздельного управления является отсутствие контуров уравнительного тока, что позволяет более полно использовать силовой трансформатор, нет необходимости включать токоограничивающие реакторы, уменьшаются потери энергии, вес и габариты преобразователя.
Вместе с тем, при раздельном управлении изменение режима работы привода увеличивает длительность переходных процессов изза необходимой выдержки времени при переключении комплектов. При раздельном управлении возникает режим прерывистых токов преобразователя, что приводит к резкому увеличению скорости привода при малых нагрузках.