Силовые преобразовательные устройства

Контрольная работа Силовые преобразовательные устройства

ЗАДАНИЕ 1

Рассчитать и выбрать вентили в схеме регулирования напряжения нагревателей электропечи. Напряжение сети Uф=220В, потребляемый ток Iн. В режиме разогрева номинальный ток потребляется при половине напряжения на нагревателях. Схема преобразователя приведена на рисунке.

Вентили выбрать для номинального режима и проверить по потере мощности, по нагреву. Данные к заданию №1 приведены в таблице 1.

Таблица 1

Мощность нагрев. установки, Рн, кВт	Напряжение нагрев. установки, Uф, В
25	127

Определяем ток нагрузки:

Средний ток фазы :

Средний ток вентиля  

Максимальное напряжение, приложенное к вентилю равно амплитуде линейного:  

Предельный ток вентилей при естественном охлаждении:  

Выбираем вентиль: Т10-50. предельный ток - IПР = 50 А , повторяющееся напряжение UП = 400-1000 В, прямое падение напряжения DUПР = 1,76 В, тепловое сопротивление Rt – 0,9 0C/Вт.

Ток через вентиль в течении первой полуволны  Потери мощности в вентиле  Температура структуры вентиля  

Температура расчетная 70о С не выше допустимой. Кремниевые теристоры могут работать при температуре 120 – 140ОС.

ЗАДАНИЕ 2

Рассчитать индуктивность дросселя, установленного в цепи преобразователя электродвигателя при некотором значении минимального тока – Imin, действующем значении напряжения - Uп. Питание цепей выполняется от сети с частотой 50 Гц через трансформатор. Число фаз выпрямителя m=3. Постоянный коэффициент С =0,1-0,25 для компенсированных машин, С= 0,5-0,6 для некомпенсированных машин. Данные к расчету в таблицах.

№ Вар	Номинальная скорость NНОМ, Об/мин	Мощность, РНОМ. кВт	Номинальный ток, IНОМ, А	Сопротивление якоря RЯ,Ом	Сопротивление обмотки возбуж дения rВ, Ом	Ток обмотки возбуждения IВ, А	Номинальное напряжение, В
5	600	23	120	0,845	62	2,55	400

Мощность тр-ра, SНТ, кВА	Напряжение сетевой обмотки,В	Напряжение вен тильной обмотки, В	Напряжение корот кого замыкания тр-ра, UК%
29,1	500	410	5,2

Полная индуктивность якорной цепи

Гн

где  В - напряжение пульсаций

m=6, w=314 с-1

Индуктивность якоря Гн

С=0,1-0,25 для компенсированных машин

С=0,5-0,6 для некомпенсированных машин

р-число пар полюсов

n – cкорость, об/мин

Расчетная индуктивность трансформатора, приведенная к цепи постоянного тока

где а=1 для нулевых схем

а=2 для мостовых схем

Хтр– индуктивное сопротивление фазы трансформатора

Индуктивность дросселя

Гн

ЗАДАНИЕ 3

Построить регулировочную и внешнюю характеристики преобразователя. Напряжение короткого замыкания сетевого трансформатора UK%, преобразователь - тиристорный постоянного тока. Граничный угол регулирования -a - зависит от схемы выпрямления. Данные для расчета в таблице.

Напряжение короткого замыкания тр-ра UK%	Cхема выпрямления
6,5	Трехфазная нулевая

Где А- коэффициент наклона внешней характеристики

А=0,5 для трехфазных схем

А=0,35 для однофазных схем

UК% - напряжение короткого замыкания,

UК%=8 для трансформаторов типа ТСЗП и ТСЗ

Преобразователь работает на индуктивную нагрузку и непрерывный ток в области 0< a <60.

Для построения характеристики задаваться значениями a=0 ¸600, для удобства построения расчеты в таблицу.

Рассчитываем данные, согласно заданного варианта.

Для a=0 , =0

Для a=0 , =0,5

Для a=0 , =1,0

Аналогично находим данные для a=300 и 600 ,при =0; 0,5; 1,0.

Результат вычисления заносим в таблицу.

0	1	0,9	0,5
0,5	0,98	0,88	0,48
1,0	0,97	0,87	0,47

Строим по найденным данным внешнюю характеристику.

Регулировочная характеристика:

Где р – число пульсаций за период Т = p/m = p/1 = p

p=2·m=2·3 = 6, для простых симметричных схем, m-число фаз выпрямителя

a - граничный угол регулирования , индуктивность цепи принимаем. Для построения характеристики заполняем таблицу , задаваясь значениями a0.

a 0	0	20	30	40	60	80	90	100	120
	1	1,09	1,1	1,4	1,9	1,4	1,2	0,8	0,3

Строим по найденным данным регулировочную характеристику.

ЗАДАНИЕ 4

Рассчитать потери мощности заданного преобразователя

Данные: ТСП-63/0,7 УХЛ Вентильная Преобразователь: Uс = 660В, обмотка: Диод кремнеевый-2шт Sн.т = 58кВА, U = 205В U = 230В Рх х = 330Вт, I = 164А I = 200А Рк.з = 1900Вт Uк% = 5,5 Iх.х% = 6

Мощность потерь выпрямителя:

DРd = DРв + DРт + DРф + DРв.с

Потери в вентиле при протекании прямого тока:

DРв = nв*DUпр*Iв.ср = 2*0,5*0,039 =0,039Вт

nв =2, кол-во вентилей, по которым одновременно протекает ток в плече моста DUпр = (0-1,2В) – падение напряжения

Iв.ср. = Iср/2 = 0,039; Iср = Iнагр/1,11=0,088/1,11 = 0,079А

Потери в трансформаторе:

Потери в электрических фильтрах:

DРф = I2d*rдр=2002*1,2=48Вт

rдр=U/I=230/200=1,2Ом

DРвс = (0,5-1,5) Рd = 0,5*46=23Вт

DРd = 0,039+ +48+23 = Вт

 

ЗАДАНИЕ 5 Рассчитать и выбрать тиристоры в цепи якоря двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Выбрать трансформатор для преобразователя в цепи двигателя. Uн = 220В. Напряжение выпрямителя

Udo = 1,15*Uн = 1,15*220 = 253В

В схеме оборудования установим отсечки, формирующие экскаваторную характеристику с током упора.

Iупор. = 1,8*Iн = 1,8*120 = 216А

Принимаем ток нагрузки:

Id = Iупор = 216А

Средний ток вентиля:

Iв.ср = Id/3 = 216/3 = 72А

Максимальное обратное напряжение:

Uобр.макс = 1,045*Udo = 1,045*253 = 264,4В

Прямое максимальное напряжение:

Uпрям.макс. = Ö6*U2ф * sina = Ö6*220*1 = 538,9В

Выбираю вентиль: ТЛ-200; Iпр = 250А; Uп = 400-1000В; DUпр = 0,85;

Rt = 0,180С/Вт.

Выбранный вентиль проверяем:

Iв = 0,577*Id = 0,577*250 = 144,3А

Потери мощности в тиристоре:

DРв = Iв*DUпр = 144,3*0,85=122,6Вт

Температура структуры вентиля:

qв = DРв* Rt +qокр = 122,6*0,18+25 = 470С<1250С,

Выбранный вентиль проходит по условиям проверки

Трансформатор выбираем по типовой мощности и вторичному напряжению.

Sт = 1,05*Рd = 1,05*253*216 = 57,38кВА

U2ф= 0,427*Udo = 0,427*253 = 108В

I2ф = 0,817*Id = 0,817*216 = 176,5А

Кт = U1ф/U2ф = 253/108,03 = 2,3

Ток первичной обмотки трансформатора:

I1 = 0,817*(Id/Кт) = 0,817*(216/2,3) = 75,4А

Выбираю трансформатор: ТСЗР-63/0,5-68

ЗАДАНИЕ 6

Инверторный режим нереверсивного преобразователя, статические характеристики, диаграммы.

Инвертирование – это процесс преобразования постоянного тока в переменный. В преобразовательных установках инверторный режим очень часто чередуется с выпрямительным, например, в электроприводах постоянного тока. В двигательном режиме преобразовательная установка выполняет функции выпрямителя, передавая мощность двигателю постоянного тока. При переходе электродвигателя в генераторный режим (движение под уклон, спуск груза, торможение и т.д.) преобразователь работает в инверторном режиме, отдавая энергию генерируемую машиной постоянного тока, в сеть переменного тока. Таким образом, при инвертировании источник постоянного напряжения работает как генератор электрической энергии, характеризующийся тем, что направление его ЭДС и тока совпадают, а нагрузка переменного тока – как потребитель, у которого направления ЭДС и тока встречные.

Преобразователи частоты – это устройства, преобразующие переменный ток одной частоты в переменный ток другой частоты.

В промышленных электроприводах постоянного тока эффективное и вместе с тем наиболее экономичное торможение двигателя может быть достигнуто переводом двигателя в генераторный режим, при этом преобразователь выполняет функцию инвертора и поток мощности, изменив направление, проходит от машины постоянного тока в сеть переменного напряжения.

Принципиальная схема преобразователя, допускающего двухстороннее обращение потока мощности в вентильном электроприводе постоянного тока, приведена на рисунке. Питание вентиля осуществляется через две трехфазные группы обмоток, соединенных в зигзаг. Выходы от преобразователей присоединены к внешним зажимам машины противоположными полюсами. При такой перекрестной схеме система сеточного управления одного из преобразователей настраивается на работу его в качестве выпрямителя, питающего двигатель, а у другого – на работу его в качестве инвертора, ведомого сетью. Последний обеспечивает режим генераторного торможения.

Сопряжение углов a и b определяющих положение внешних характеристик, производится, исходя из равенства средних значений напряжения на выпрямителе и инверторе при таком минимальном значении постоянного тока, ниже которого кривая выпрямленного тока становится прерывистой. При таком сопряжении углов a и b не только обеспечивается плавный переход от выпрямительного режима к инверторному, но и приемлемая величина циркуляционного тока, протекающего по замкнутым контурам анодных ветвей выпрямителя и инвертора.

При уменьшении тока двигателя, при снятии нагрузки скорость вращения двигателя возрастет, при минимуме тока преобразователь переходит в инверторный режим. В приводе появляется при этом тормозной момент. Для получения минимального времени торможения угол опережения b инвертора постепенно увеличивается по мере снижения скорости генератора.

Движение рабочей точки в режиме форсированного торможения проходит по зигзагообразной кривой (левая часть рисунка), включающей пунктирные и промежуточные участки и участки инверторных характеристик.

При выполнении преобразователя по перекрестной схеме возможно изменение направления вращения (реверс). При этом изменяется настройка углов управления: в инверторе от углов b совершается переход на углы a. А в выпрямителе углы a заменяются углами b.

ЛИТЕРАТУРА

1.   Преображенский В.И., Полупроводниковые выпрямители. М.: Энергоатомиздат. 1986

2.   Промышленная электроника. Каганов И.Л., М. «Высшая школа», 1988.

3.   Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами. Под редакцией Круповича В.И., Барыбина Ю.Г., Самовера М.Л. Издание третье. М.: Энергоатомиздат. 1982.

4.   Беркович Е.И., Ковалев В.Н, Ковалев Ф.И. и др.Полупроводниковые выпрямители. М.: Энергия, 1978.