Преобразователь системы ТП-Д

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Курсовая работа

Преобразователь системы ТП-Д

Оглавление

  • Исходные данные
  • Введение
  • 1. Выбор схемы преобразователя
  • 2. Электрический расчет силового трансформатора
  • 3. Выбор вентилей
  • 4. Расчет основных параметров сглаживающего и уравнительного реакторов
  • 5. Расчет механических характеристик
  • 6. Выбор СИФУ
  • Заключение
  • Библиографический список
  • Приложения
  • Исходные данные
  • Таблица 1. Исходные данные для расчёта. Вариант 26
  • PN, кВт

    UяN, В

    IяN, А

    nN, об/мин

    Rя. дв., мОм

    t°, °C

    Кл. из.

    Lя, мГн

    лI

    tп, с

    Iя (p), %

    Доп требов.

    36

    220

    192

    575

    54

    20

    Н

    -

    2,4

    60

    7

    4

    • PN — мощность двигателя
    • UN — напряжение якоря номинальное
    • IN — ток якоря номинальный
    • nN — скорость вращения двигателя номинальная
    • RЯ — сопротивление якоря
    • H — класс изоляции обмоток якоря
    • л — индуктивность якорной цепи двигателя LЯ = 2,7 мГн, допустимая перегрузка
    • tП — время перегрузки
    • I (p)* - величина пульсации тока
    • IЯ. ГР. MAX* - величина зоны граничного тока якоря
    • Дополнительное требование: 4 — максимальное напряжение на якоре должно быть до 1,3 UяN

    Введение

    Сначала выбираем пульсность схемы исходя из мощности привода и дополнительных требований. Чем больше пульсность, тем короче интервал повторяемости и тем выше быстродействие привода, но выше стоимость. Выбираем оптимальный вариант: пульсность p = 6 для мощностей 0,5−2000 кВт.

    Выбираем мостовую трехфазную схему, так как она обладает значительными достоинствами по сравнению с нулевыми схемами прежде всего сточки зрения использования тиристоров и трансформаторного оборудования.

    Выполняем реверсивный преобразователь двухкомплектным по встречно-параллельной схеме, потому что при этой схеме габаритные размеры трансформаторного оборудования получаются существенно меньшими, чем при перекрестной схеме.

    На основании технических данных двигателя постоянного тока и требований к электроприводу выполнить электрический расчет тиристорного выпрямительно-инверторного преобразователя (управляемого выпрямителя) и его системы управления, рассчитать характеристики разомкнутой системы ТП-Д. Преобразователь выполняется на нестандартное выходное напряжение и на стандартный ток, реверсивным с раздельным управлением, если нет дополнительных указаний.

    1. Выбор схемы преобразователя

    Рисунок 1. Схема силовой цепи мостового трехфазного шестипульсного преобразователя

    Рисунок 2. — Принципиальная схема реверсивного тиристорного преобразователя, работающего на двигатель постоянного тока.

    2. Электрический расчет силового трансформатора

    Электрический расчет выполняется с целью определения необходимых параметров трансформатора, от которых зависят свойства и характеристики преобразователя и привода.

    1) Выбираем номинальный выпрямленный ток преобразователя из стандартного ряда по ГОСТ 6827–76, он должен превышать номинальный ток двигателя (I яN =192 А).

    Примем IdN = 200 А.

    2) Номинальный вторичный ток трансформатора:

    I2N = k2IdN

    где коэффициент линейного вторичного тока трансформатора k2? 0,816 из табл. 1

    I2N = 0,816•200 = 163,2 А.

    3) Предварительно находим RЯ — сопротивление якорной цепи двигателя при расчетной рабочей температуре

    RЯ = ktRя. дв.

    где kt — коэффициент увеличения сопротивления при нагреве обмотки до расчетной рабочей температуры 75 °C из табл. 1, kt = 1,38.

    мОм.

    4) После чего находим kR — коэффициент, учитывающий падение напряжения на внутренних сопротивлениях преобразователя и дросселей определяется по формуле

    где RПЭ* - эквивалентное активное сопротивление преобразователя в относительных единицах, которое включает сопротивление обмоток трансформатора и сопротивление, обусловленное коммутацией вентилей предварительно принимаем

    RПЭ* = Rя·(IяN /UяN) = 74,52 (192/220) = 0,065 о.е.

    5) Определяем необходимое номинальное вторичное напряжение трансформатора из требуемой наибольшей ЭДС преобразователя

    ,

    где

    kC — коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжения сети, примем kС = 0,9;

    kб — коэффициент, учитывающий падение напряжения в реверсивных преобразователях с совместным управлением, по таблице kб = 1,0;

    kE = 1,35 — коэффициент выпрямленного напряжения (линейный);

    kEФ = 2,34 — коэффициент выпрямленного напряжения (фазный);

    принимаем — минимальный угол управления;

    коэффициент корректировки величины максимального напряжения преобразователя:

    ,

    Принимаем, так как в дополнительных условиях указано, что максимальное напряжение на якоре должно быть до 1,3 UяN.

    В, В

    Т.к. U2N отличается от стандартного сетевого 220 В не более чем на 20%, то принимаем безстрасформаторное питание через токоограничивающие реакторы.

    6) ЭДС преобразователя при номинальных напряжениях и угле управления =0

    В

    7) Типовая мощность трансформатора:

    где — коэффициент типовой мощности из табл. 1

    Принимаем питание первичной обмотки трансформатора 380 В из таблицы стандартных значений напряжений первичных обмоток (табл. 2.).

    8) Действующее значение линейного первичного тока:

    Где k1 =0,816 — коэффициент линейного тока первичный

    9) Индуктивное сопротивление токоограничивающих реакторов:

    10) Индуктивное сопротивление, которое вносится в цепь выпрямленного тока:

    11) Активное сопротивление токоограничивающего реактора:

    12) Активное сопротивлени, которое вносится в цепь якоря:

    13) Вносимая в цепь постоянного тока индуктивность преобразователя:

    — угловая частота.

    3. Выбор вентилей

    В ходе проектирования выбираются типы вентилей и их класс по напряжению. Тип полупроводникового вентиля определяется средним выпрямленным током и требуемой перегрузочной способностью, а класс — максимальными повторяющимися (мгновенными) напряжениями.

    Сначала выбираем способ охлаждения. Выбираем принудительное воздушное охлаждение, чтобы обеспечить условие допустимой перегрузки по току.

    1) Средний ток тиристора определяется по выражению:

    где nш — количество вентилей в преобразователе, исключая параллельное и последовательное соединения, т. е. подсоединенных к одной выходной шине nш = 3;

    А.

    Предварительно выбираем тиристор с предельным током в 6−10 раз превышающим его средний ток при естественном охлаждении

    Т133−400

    UT (TO) =1,05 B — пороговое напряжение тиристора в открытом состоянии

    rt = 0,68 Oм — дифференциальное сопротивление тиристора в открытом состоянии

    Rthja = 0,137оС/Вт — тепловое сопротивление переход — охлаждающая среда с определенным охладителем, применяется принудительное охлаждение (V= 6 м/с)

    Tjm = 125oC — максимально допустимая температура p-n перехода

    Ta = 50oC — температура окружающей среды

    kф = - коэффициент формы тока тиристора

    Класс вентилей: 4 — 16

    2) Максимально длительно допускаемый средний ток тиристора:

    3) Определяем коэффициент запаса по току:

    .

    4) При номинальном токе установившаяся температура p-n перехода при номинальном токе:

    °С

    где мощность рассеяния тиристора в открытом состоянии при номинальном токе преобразователя

    5) Максимально допустимая мощность рассеяния, при которой за время перегрузки (60с) температура перехода достигает максимально допустимой величины:

    ,

    Где (т.к. длительность перегрузки 60 с) — Переходное тепловое сопротивление

    6) Максимально допустимый ток предварительно нагретого тиристора за время перегрузки:

    7) Максимально допустимый ток перегрузки преобразователя с полуторократным запасом:

    573,095

    Условие допустимой перегрузки по току:

    IЯ. MAX = л·IЯN? Id60m,

    2,4 ·192 = 460,8А? 573,095 А — условие выполняется.

    8) Максимальное импульсное рабочее напряжение:

    где kсп=1,1 — коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения в сети

    9) Определим класс вентилей по формуле:

    Класс вентилей = 14

    4. Расчет основных параметров сглаживающего и уравнительного реакторов

    1) Рассчитаем индуктивность якорной цепи двигателя:

    где CL=2 — постоянная, для компенсированных тихоходных двигателей

    pп=2- число пар полюсов двигателя (для номинальной частоты вращения двигателя n=575 об/мин),

    2) Допустимая величина тока якоря в относительных единицах:

    3) Индуктивность сглаживающего реактора:

    Где — относительная величина ЭДС низшей гармоники преобразователя для p = 6 из табл. 4

    — угловая частота.

    Отсюда следует, что сглаживающие реакторы не требуются, так как индуктивность, имеющаяся в цепи уже способна ограничить эти токи..

    4) Максимальный граничный ток (при б = 90°):

    где коэффициент граничного тока из табл. 4, индуктивность цепи якоря

    Гн.

    5) Для ограничения скорости нарастания тока короткого замыкания, необходимая индуктивность сглаживающего реактора вычисляется по формуле

    Lо.к.з.= ,

    Где

    ITSMm = 7 кА — допускаемое значение ударного неповторяющегося тока тиристора в открытом состоянии при длительности протекания 10 мс и максимально допустимой температуре перехода; LУР — индуктивность уравнительного дросселя.

    IУР = 0,1·IЯN = 0,1·192 = 15,9 А.

    Ошибка! Закладка не определена. мГн.

    Для ограничения скорости нарастания тока короткого замыкания дроссель не требуется.

    удовлетворяет данному условию.

    5. Расчет механических характеристик

    Расчёт механических характеристик мы произвели в специальной расчётной программе.

    Для расчёта нам необходимо знать значения:

    1) В — действующее значение линейного напряжения

    2) max ток, до которого будем считать

    3) эквивалентное активное сопротивление якорной цепи

    =106,8 мОм

    4) индуктивное сопротивление якорной цепи

    =2,496 мГн

    5) — индуктивное сопротивление рассеяния одной фазы токоограничивающего реактора

    6) p = 6 — пульсность схемы преобразователя

    7) коэффициент двигателя, где падение напряжения на щеточных контактах двигателя

    8) электромагнитный момент номинальный

    649,536 Нм

    9) максимальный эл. магн. момент

    В результате получили данные, с помощью которых построили механические характеристики режимов РПТ и РНТ (рисунки 2 и 3).

    Рисунок 3. Механические характеристики РПТ

    Рисунок 4. Механические характеристики РНТ

    Характеристика ограничена углами в 15є и 145є, так как иначе это привело бы к опрокидыванию преобразователя, что может привести к аварии.

    Также были рассчитаны регулировочная и фазовая характеристика, соответственно рисунок 5 и рисунок 6.

    где -амплитуда развертывающего напряжения.

    =10 В — макс. напряжение управления равно амплитуде развертывающего

    Таблица 2. Регулировочные и фазовые характеристики

    а, град

    а, рад

    Ed

    0

    0

    10

    436,657

    15,2036

    0,265 353

    9,65

    421,374

    45,573

    0,795 399

    7

    305,659

    60

    1,47 198

    5

    218,328

    78,46 304

    1,369 438

    2

    87,331

    89,42 703

    1,560 796

    0,1

    4,3666

    120

    2,94 395

    -5

    -218,328

    134,427

    2,346 194

    -7

    -305,659

    144,9848

    2,530 462

    -8,19

    -357,62

    Рисунок 5. Фазовые характеристики

    Рисунок 6. Регулировочные характеристики

    6. Выбор СИФУ

    Рисунок 7. Принципиальная схема одного канала СИФУ

    Рисунок 8. Функциональная схема реверсивного преобразователя

    Заключение

    Проектирование начинается с выбора принципов работы каждого устройства, входящего в систему импульсно-фазового управления выпрямительно-инверторного преобразователя. Выбирается тип фазосдвигающего устройства, тип усилителей мощности управляющих тиристорами импульсов, форма и длительность этих импульсов, напряжение питания усилителей мощности и всех остальных устройств.

    В СИФУ устанавливаем многоканальное ФСУ, достоинством которого является высокое быстродействие и сравнительная простота. Усилители мощности импульсов управления применяем с трансформаторной потенциальной развязкой на транзисторе с импульсным трансформатором, как наиболее простые усилители мощности. Формирователь длительности импульсов управления представляет собой заторможенный одновибратор, который является наиболее распространенным.

    Ячейку ФСУ выполняем с косинусоидальным развертывающим напряжением из-за ее простоты и точность формирования угла и линейность регулировочной характеристики преобразователя в такой ячейке определяются соотношением только двух входных резисторов.

    Фильтры синхронизирующих напряжений выполняем активными первого порядка, они имеют большие возможности, чем пассивные, большое разнообразие, меньшие габариты и стоимость.

    Библиографический список

    Лихошерст В. И. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии для электроприводов с двигателями постоянного тока. Свердловск: УПИ, 2007. 80 с.

    Лихошерст В. И. Системы управления полупроводниковыми преобразователями электрической энергии: Учебное пособие. 2-е изд., испр. Екатеринбург: УГТУ, 2010. 104 с.

    Расчет полупроводникового преобразователя системы ТП-Д: Методические указания к курсовой работе по курсу «Электронные, микропроцессорные и преобразовательные устройства» / В. И. Лихошерст. Свердловск: УПИ, 2011. 37 с.

    Расчет системы импульсно-фазового управления (СИФУ): Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Преобразовательные устройства» / В. И. Лихошерст, А. В. Костылев. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008. 36 с.

    Руденко В.С., Сенько В. И., Чиженко И. М. Основы преобразовательной техники: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 2010. 42

    Приложения

    Приложение 1

    Приложение 2

    Приложение 3

    преобразователь электрический трансформатор реверсивный

    Приложение 4

    Приложение 5

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой