MК12_7
.pdf
лить угол управления α Н , что было сделано в пункте 6 по номинальным
параметрам выбранного преобразовательного трансформатора в соответствии с выражением (1). Далее необходимо определить относительное значение амплитуды первой, наибольшей по величине гармоники в кривой выходного напряжения управляемого выпрямителя по формуле
|
Ed m |
= |
|
2 |
|
|
cos2 α + m2 sin2 |
α , |
(38) |
||
|
m |
2 |
− 1 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
m – пульсность схемы УВ. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Далее определяем требуемую индуктивность в цепи нагрузки УВ |
||||||||||
при 8% пульсации тока, как: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ld Σ = |
|
|
|
Ed m Ud 0 |
, |
|
(39) |
||
|
|
|
2π |
fS Id н0.08 m |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Индуктивность сглаживающего реактора Ld |
определяется из со- |
|||||||||
отношения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ld |
|
= Ld Σ − Lя − LУР . |
|
(40) |
||||
где Lя – индуктивность якоря машины постоянного тока по заданию.
Необходимо
1.Рассчитать индуктивность сглаживающего реактора Ld .
2.По значениям Ld и Id н из справочника [6] выбрать сглаживаю-
щий реактор.
Примечания: а) индуктивность уравнительного реактора LУР учитывается только для двенадцатипульсной параллельной схемы УВ; б) если по (40) Ld < 0 – сглаживающий реактор не требуется.
При подготовке к сдаче курсового проекта уметь ответить на вопросы: что вызывает пульсации тока нагрузки УВ; каков принцип работы L–фильтра; как влияют пульсации тока нагрузки на работу двигателя постоянного тока?
31
|
12. РАСЧЕТ КПД ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА |
|
||||||||||||||||||
|
Коэффициент полезного действия преобразовательного агрегата |
|||||||||||||||||||
рассчитывается по следующему соотношению: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
η = |
|
|
|
|
|
|
|
Pdн |
|
|
|
|
|
|
|
|
(41) |
||
|
P |
+ P + P |
+ P |
+ P |
|
+ P |
+ P |
|
+ P |
+ P |
+ P |
+ P |
||||||||
|
|
dн |
T |
np |
TP |
ош |
yp |
|
Ld |
|
|
RC |
var |
cy |
вент |
|
||||
где |
|
PT |
– мощность потерь в тиристорах; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Pnp |
– мощность потерь в предохранителях; |
|
|
|
|||||||||||||||
|
PTP |
– мощность потерь в преобразовательном трансформаторе; |
||||||||||||||||||
|
Pош |
– мощность потерь в ошиновке; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Pyp |
– мощность потерь в уравнительных реакторах (в параллель- |
||||||||||||||||||
ных схемах УВ); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
PLd |
– мощность потерь в сглаживающем реакторе; |
|
|
||||||||||||||||
|
PRC |
– мощность потерь в цепях защиты от повторяющихся пере- |
||||||||||||||||||
напряжений; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Pvar |
– мощность потерь в цепях защиты от внешних перенапряже- |
||||||||||||||||||
ний; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pcy |
– мощность потерь в системе управления; |
|
|
|
|||||||||||||||
|
Pвент – мощность приводных двигателей вентиляторов системы |
|||||||||||||||||||
охлаждения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Мощность потерь в тиристорах определяются из соотношения: |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
′ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
P |
= (U |
|
+ R |
|
Idн |
) |
Idн |
|
n |
|
|
|
|
(42) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3n |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
T |
|
0 |
|
g |
n |
|
Σ |
|
|
|
|
||||
где |
U0 , |
Rg – параметры прямой ветви вольт-амперной характеристики |
||||||||||||||||||
тиристора выбранного типа; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
n – число параллельных ветвей в плече УВ; |
|
|
|
||||||||||||||||
|
nΣ – суммарное количество тиристоров, участвующих в формиро- |
|||||||||||||||||||
вании тока нагрузки одного направления (Для схем, приведенных на рис. 1б, в, n = 1 , nΣ = 12 ; для мостовой схемы nΣ = 6 );
32
|
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Idн = Idн – для шестипульсной мостовой и двенадцатипульсной |
||||||||||||||
последовательной схем; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
′ |
|
|
Idн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Idн = |
|
|
– для двенадцатипульсной параллельной схемы. |
|||||||||||
|
|
2 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По аналогичной формуле рассчитывается мощность потерь в пре- |
||||||||||||||
дохранителях: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Id′ н |
|
2 |
nΣ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
Pnp = |
Rnp |
|
|
|
|
|
, |
(43) |
||
|
|
|
|
|
n |
3 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
Rnp номинальное сопротивление предохранителя по справочнику [6]; |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
Rnp |
= |
Pnp.н |
|
; |
|
|
(44) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Iпл2 |
.вст |
|
|
|
|
|
||
|
Pnp.н – номинальная мощность потерь плавкой вставки; |
|
|||||||||||||
|
Iпл.вст |
– номинальный ток плавкой вставки. |
|
||||||||||||
|
Мощность потерь в преобразовательном трансформаторе рассчи- |
||||||||||||||
тываются как сумма мощности потерь короткого замыкания PКЗ |
и мощно- |
||||||||||||||
сти потерь холостого хода Pxx : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
PTP = PКЗ + Pxx . |
|
(45) |
||||||||
|
Мощность потерь в ошиновке: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′2 |
|
|
(46) |
||
|
|
|
|
|
Pош = RошIdн . |
|
|
||||||||
|
Номинальный ток в участке ошиновки зависит от конфигурации |
||||||||||||||
силовой схемы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Сопротивление участка шин (кабелей): |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
R |
= ρ |
L |
, |
|
|
|
|
(47) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
ош |
|
|
S |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
ρ ( |
Ω mm2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
m |
) – удельное сопротивление материала (меди или алю- |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
миния);
L (m) –длина участка;
S (mm2) – поперечное сечение.
Поперечное сечение шины (кабеля) может быть приближенно оп-
33
ределено по допустимой плотности тока в шине (кабеле) γ доп :
|
′ |
|
|
||
S = |
Idн |
|
|
(48) |
|
γ доп |
|
||||
При расчете можно принять γ доп = 3 |
A |
. |
|||
mm2 |
|||||
|
|
|
|
||
Мощность потерь в уравнительном реакторе (в параллельных схемах) и в сглаживающем реакторе рассчитываются по их активному сопротивлению:
|
|
′2 |
(49) |
|
|
P = RIdн , |
|
где |
′ |
– ток через реактор в номинальном режиме УВ. |
|
Idн |
|
При расчете мощности потерь в резисторах цепей защиты от перенапряжений необходимо учесть результаты расчетов в п. 9.6 и зависимость мощности потерь от угла управления α , представленную на рис. 7.
1.0 PR / PR max
0.8
0.6
0.4
0.2
|
|
|
α , эл. град. |
0 |
|
|
|
30 |
60 |
90 |
Рисунок 7 – Зависимость мощности потерь от угла управления
Мощность потерь в цепях защиты от внешних перенапряжений, если последние выполнены на варисторах, рассчитывается с учётом характеристик варисторов при номинальном напряжении питающей сети.
34
Мощность системы управления определите путем сопоставления узлов системы управления УВ с известными узлами. Управление современными преобразовательными установками осуществляется одной или двумя микроЭВМ.
Необходимо
1.Рассчитать мощности потерь в преобразователе.
2.По выражению (41) найти коэффициент полезного действия
схемы.
При подготовке к сдаче курсового проекта уметь ответить на вопросы: как зависит КПД преобразователя от его установленной мощности, какие потери преобладают в мощных, а какие в маломощных схемах, как можно измерить КПД реальной установки?
13.СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Вструктурной схеме системы управления необходимо предусмотреть следующие устройства: фазосмещающее устройство, в котором в
функции напряжения управления eу осуществляется регулирование угла
управления α ; устройство формирования управляющих импульсов, подаваемых на управляющие переходы тиристоров; устройство управления раздельной работой вентильных групп в четырехквадрантных УВ; устройство защиты, сигнализации и блокировок. Для работы перечисленных устройств управления необходимо предусмотреть датчики тока, датчики закрытого состояния тиристоров (при необходимости), датчики напряжения, датчики состояния коммутирующих аппаратов, датчики состояния плавких предохранителей.
Обратите внимание на синхронизацию фазосмещающего устройства с питающей сетью и на фильтры опорных напряжений. Устройство управления в современных установках выполняется на базе аналоговых или цифро-аналоговых датчиков и управляющей микроЭВМ.
35
14.КОНСТРУКЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Вэтом разделе курсового проекта необходимо эскизно проработать конструкцию УВ. Для этого сначала необходимо оценить габариты и массу преобразовательного трансформатора, реакторов, силовой части УВ, шкафа системы управления. Нагрузка УВ, т.е. двигатель постоянного тока, устанавливается, как правило, на расстоянии до 50м от силовой части УВ. На таком же расстоянии от силовой части могут быть установлены сглаживающие реакторы и преобразовательный трансформатор. Однако, возможно и конструктивное исполнение преобразовательного агрегата в виде единого конструктивного целого, когда все его составные части расположены
внепосредственной близости друг от друга. Из соображений удобства эксплуатации все же целесообразно располагать преобразовательный трансформатор и реакторы в отдельных помещениях. Масляные преобразовательные трансформаторы устанавливаются вне электротехнического помещения (на открытых площадках).
При курсовом проектировании следует обосновать тот или иной вариант компоновки.
15.ОРГАНИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
Вэтом разделе автор курсового проекта должен изложить свои соображения о возможных способах организации разработки чертежей, изготовления, поставки и ввода в эксплуатацию преобразовательного агрегата,
вслучае, если заказчик, например, металлургический завод Украины, поручил некоторому предприятию (посреднику) поставить и ввести в эксплуатацию несколько преобразовательных установок.
Продумайте систему контрактов, способы изготовления и испытаний преобразовательных установок, условия транспортировки, монтажа у заказчика, наладки и ввода в эксплуатацию.
Рассмотрите различные варианты решения проблемы: заказ оборудования на заводах Украины или СНГ; заказ оборудования у одной из ведущих европейских фирм; организацию нового производства на Украине
36
путем создания нового предприятия и т.д. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
16. РАСЧЕТ УГЛОВ КОММУТАЦИИ |
|
|
|
|||||
Коммутацией в УВ принято называть процесс перехода тока на- |
|||||||||||
грузки с одной фазы в другую, происходящий вследствие переключения |
|||||||||||
вентилей (тиристоров) выпрямителя по заданному алгоритму. |
|
|
|||||||||
Коммутация тока в УВ не может осуществится мгновенно из-за на- |
|||||||||||
личия индуктивности в фазе питающей сети. Величина этой индуктивности |
|||||||||||
определяет скорость спада тока в одной фазе и нарастания его в другой. В |
|||||||||||
результате в шестипульсном мостовом УВ образуется коммутационный |
|||||||||||
контур, представленный на рис.8, включающий две фазы нагрузки, участ- |
|||||||||||
|
|
|
|
|
вующие в коммутации, два ис- |
||||||
ua |
|
|
uв |
uс |
точника фазных напряжений и |
||||||
- u |
ba |
+ |
|
|
два тиристора. Из рис.8 видно, |
||||||
|
|
что |
в интервале коммутации |
||||||||
ia |
ib |
|
|
||||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
одновременно |
открыты |
три |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||
VS1 |
|
|
|
|
вентиля: VS1 – заканчивающий |
||||||
iK |
|
|
Id |
работу; VS3 – вступающий в |
|||||||
VS3 |
|
|
|
VS2 |
работу и VS2 – продолжающий |
||||||
Ld |
Rd |
Id + Ed |
__ |
работать. Напряжение |
на |
на- |
|||||
грузке в ходе коммутации рав- |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
Рисунок 8 – Коммутационный контур |
но полусумме линейных на- |
||||||||||
пряжений участвующих в ком- |
|||||||||||
|
|
|
|
|
мутации фаз. |
|
|
|
|||
Углом коммутации называется интервал времени, измеряемый в |
|||||||||||
электрических градусах (или радианах), в течении которого происходит |
|||||||||||
коммутация. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Угол коммутации γ |
находят с использованием следующего соот- |
||||||||||
ношения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cosα − cos(α + γ ) = eКΣ |
Id |
= eКΣ Id * |
|
(50) |
||||
|
|
|
Id н |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
37
Необходимо
1.Из соотношения (50) вывести расчётное выражение для нахождения угла коммутации γ .
2.По полученному выражению рассчитать угол коммутации для шести значений угла управления α=0, π/6, π/3, π/2, 2π/3, 5π/6 и значений
тока нагрузки УВ Id от нуля до 2Id н с шагом 0.2Id н
( Id* = 0, 0.2, 0.4...2 ). При расчёте углы управления брать в радианах. Результаты расчётов привести в радианах и электрических градусах, сведя их
втаблицу.
3.По рассчитанной в пункте 2 таблице построить графики зависи-
мостей: а) γ = f (α ) при Id = Id н и Id = 2Id н ; б) γ = f (Id*) при
α = 30, 60, 90 эл. град..
Пояснить: характер зависимостей γ = f (α ) и γ = f (Id*) .
При подготовке к сдаче курсового проекта уметь ответить на вопросы: каков физический смысл ограничения α + γ < π , как влияет ком-
мутация на коэффициенты мощности и полезного действия УВ?
17. РАСЧЕТ РЕГУЛИРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ УВ
Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя,
представляющая собой зависимость среднего выпрямленного напряжения
Ud от угла управления α (Ud = f (α ) ), при допущении γ = 0 |
определяет- |
|||
ся по соотношению: |
|
|
|
|
Ud |
= Ud 0 cosα , |
(51) |
||
или в относительных единицах: |
|
|
|
|
Ud |
= |
Ud |
= cosα , |
(52) |
|
||||
|
Ud 0 |
|
||
где Ud 0 – напряжение идеального холостого хода управляемого выпря-
мителя, которое для различных схем УВ находится по выражению (2). Как известно, при построении СИФУ по вертикальному принципу,
38
формирование управляющих импульсов тиристоров (угла управления α ) осуществляется в моменты пересечения двух напряжений: опорного uоп – периодического сигнала единичной амплитуды, жестко привязанного по частоте и фазе к напряжению питающей сети, и напряжения управления eу
– сигнала, формируемого системой автоматического регулирования в соответствии с заданием. В шестипульсном мостовом УВ в качестве опорного для каждой фазы чаще всего используют полуволну напряжения следую-
щей фазы. Таким образом, при изменении опорного |
напряжения uоп |
||||||
от 1 до –1 по косинусоидальному закону и изменении eу |
в тех же пределах |
||||||
справедливо соотношение: |
|
|
|
|
|
|
|
ey* = |
|
|
ey |
= cosα . |
(53) |
||
U |
оп. max |
||||||
|
|
|
|||||
То есть, при косинусоидальной развёртке выражение (52) можно |
|||||||
записать с учётом (53) как: |
|
|
|
|
|
|
|
Ud = |
|
Ud |
= eу* . |
(54) |
|||
|
|
||||||
|
|
Ud 0 |
|
|
|||
Необходимо
Построить регулировочные характеристики в виде (52) и (54) как Ud * = f (α ) и Ud * = f (ey ) , подставив вместо Ud 0 его численное значение.
При подготовке к сдаче курсового проекта уметь ответить на вопросы: каков принцип фазового регулирования напряжения, каковы основные принципы построения СИФУ, какой формы напряжения могут использоваться в качестве опорного, в чём преимущество линейной регулировочной характеристики?
18. РАСЧЕТ ВНЕШНЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ УВ
Семейство внешних характеристик представляет собой зависимость среднего выпрямленного напряжения Ud от среднего тока нагрузки
39
Id при фиксированных значениях углов управления α (Ud = f (Id )α =Const ) и для шестипульсной мостовой схемы УВ рассчитывается по выражению
|
|
|
|
|
1 e |
|
Id |
|
|
|
|
U |
d |
= U |
d 0 |
cosα − |
КΣ |
|
, |
(55) |
|||
|
|||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Id н |
|
|
|||
или в относительных единицах |
|
|
|
|
|
|
Ud * = |
Ud |
= cosα − |
1 |
eКΣ Id * . |
(56) |
|
Ud 0 |
2 |
|||||
|
|
|
|
|||
Из (56) видно, что при α = Const внешняя характеристика пред- |
||||||
ставляет собой прямую линию с наклоном, равным eКΣ |
2 . Таким образом, |
|||||
внешняя характеристика показывает, в какой степени уменьшается выходное напряжение УВ с ростом тока нагрузки при фиксированном угле управления, т.е. характеризует падения напряжения в преобразовательной системе от протекания в ней нагрузочного тока.
Следует отметить, что в инверторном режиме внешние характеристики не должны выходить за пределы ограничительной характеристики,
рассчитываемой для шестипульсного мостового УВ по выражению: |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 e |
|
Id |
|
|
|
|
U |
d |
= U |
d 0 |
|
− cosδ + |
КΣ |
|
, |
(57) |
|||
|
||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Id н |
|
|
|||
где δ π 
18 – угол запаса, необходимый для восстановления запирающих
свойств тиристора. |
|
|
|
|
|
|
Представив (57) в относительных единицах, получим |
|
|||||
Ud * = |
Ud |
= −0,9848 + |
1 |
eКΣ Id * . |
(58) |
|
Ud 0 |
2 |
|||||
|
|
|
|
|||
Необходимо
1.По выражению (56) рассчитать внешнюю характеристику для шести значений угла управления α=0, π/6, π/3, π/2, 2π/3, 5π/6 и трёх значений тока нагрузки ( Id* = 0.2, 1, 2 ). Результаты расчётов свести в таблицу.
2.По выражению (58) рассчитать ограничительную характеристику для трёх значений тока нагрузки ( Id * = 0.2, 1, 2 ). Результаты расчётов
свести в таблицу.
40