Расчет силовой части тиристорного преобразователя для электропривода постоянного тока

Министерство  образования Российской Федерации

Липецкий  государственный  технический университет

Кафедра электропривода 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по курсу  «Преобразовательная техника»

на  тему «Расчет силовой части тиристорного преобразователя для электропривода постоянного тока» 

вариант № 1 
 

                                              Выполнила:  

                                              студентка: Шанкова М.А.

                                              группа: ОЗЭП-08 

                                              Принял: 

                                              Безденежных Д. В.

                                              «___» ________2011 г. 
 
 
 

Липецк 2011 
О Г Л А В Л Е Н И Е

 

1. Задание и исходные данные

    Выполнить расчет силовой части реверсивного двухкомплектного тиристорного преобразователя, предназначенного для питания якорной цепи двигателей постоянного тока, в следующей последовательности:

• составить расчетную электрическую схему силовой части преобразователя и выбрать для нее трансформатор, тиристоры и реакторы;
• рассчитать и выбрать элементы защиты;
• рассчитать и построить регулировочные характеристики преобразователя;
• рассчитать и построить семейство электромеханических характеристик привода при совместном и раздельном управлении тиристорными комплектами;
• построить временные диаграммы уравнительного напряжения и тока при совместном управлении тиристорными комплектами;
• рассчитать зависимость потребляемой преобразователем активной, реактивной и полной мощности, коэффициента мощности и коэффициента полезного действия от частоты вращения якоря двигателя (при номинальном токе якоря).
• начертить принципиальную электрическую схему силовой части преобразователя, указать назначение всех ее элементов и подробно описать работу преобразователя в установившемся и переходном режимах.

    Исходные  данные для расчета содержат (прил. 1):

• схему реверсивного преобразователя;
• угол управления выпрямительной группы a^I_В для построения диаграмм уравнительного напряжения и тока при совместном управлении;
• координаты гранично-непрерывного режима I_МИН./I_НОМ. и w_Я(I_МИН.)/w_Я.НОМ. при раздельном управлении;
• линейное напряжение питающей сети;
• тип и мощность двигателя постоянного тока.

    Амплитуда пульсаций выпрямленного тока должна находиться в пределах (2 … 15 )% от номинального тока якоря двигателя при номинальной  частоте вращения якоря, а величина уравнительного тока при совместном управлении не должна превышать 10% от номинального тока якоря двигателя. 

    Вариант 2

    Тип схемы     мостовая

    Линейное  напряжение сети  380В

    Тип двигателя    П111 55 кВт

    Характеристики  двигателя П111 55 кВт

    Ток якоря     287А

    Номинальное напряжение  220В

Номинальная мощность   55 кВт

Номинальная частота вращения 600 об/мин

Число полюсов    2р = 4 
2. Расчет силовой схемы тиристорного преобразователя

1. Определение параметров и выбор трансформатора

    Трансформатор выбирают по типовой (габаритной) мощности при условии, что напряжения и  токи его обмоток соответствуют расчетным значениям. При работе в зоне непрерывных токов расчетное значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора определяют по формуле:

            

где  K_U = 0,427

К_С  = 1,05 … 1,1 – коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжения в сети;

К_a  = 1,05 ... 1,1 - коэффициент, учитывающий неполное открывание вентилей для минимального угла управления при a_В+a_И >180^О;

K_R = 1,05 - коэффициент, учитывающий внутреннее падение напряжения в преобразователе;

U_dН – номинальное напряжение якоря двигателя.

    Для минимальных и максимальных значений коэффициентов формулы вычисляют расчетные значения фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора U_{2Ф. РАСЧ. МИН.} и U_{2Ф. РАСЧ. МАКС.}, соответственно.

    U_{2Ф. РАСЧ. МИН.} = 0,427∙1,05∙1,05∙1,05∙220 = 108,75 (В).

    U_{2Ф. РАСЧ. МАКС.} = 0,427∙1,1∙1,1∙1,05∙220 = 125,03 (В).

    Расчетное значение тока фазы вторичной обмотки трансформа:

            

где K_i2 = 0,816;

К_А = 1,05 .. 1,1 – коэффициент, учитывающий отклонение формы фазного тока от прямоугольной;

I_dН – номинальный ток якоря двигателя.

I_{2ф. расч.} = 0,816∙1,1∙287 = 257,6 (А).

    Типовая мощность трансформатора характеризует  его габариты и расход материалов на изготовление магнитопровода и обмоток. Ее определяют в кВА по формуле:

            

где  К_S = 1,05

S_{m. расч.} = 1,05∙1,1∙1,1∙1,05∙1,1∙220∙287∙10^-3 = 97,06 (кВА).

    По  полученным данным выбираем трансформатор по каталогу из соотношений:

            

    Основные технические данные трансформатора ТСП-100/0,7:

• группу соединения обмоток: Δ/Y-11
• номинальную мощность S_Н = 100 (kBA)
• номинальные межфазные напряжения U_1ЛН = 380 (В); U_2ЛН = 205 (В)
• номинальный фазный ток вторичной обмотки I_2ФН = 262 (А)
• относительная величина напряжения короткого замыкания u_K = 5,8%
• относительная величина тока холостого хода i₀ = 4%
• величину потерь короткого замыкания DP_K = 2300 (Вт)

    По  техническим данным вычисляем:

• коэффициент трансформации:

    для группы соединения обмоток  Δ/Yн-11

            

• номинальное значение фазного тока первичной обмотки:

    для группы соединения обмоток  Δ/Yн-11

           (А) 

• активное сопротивление фазы трансформатора:

           (Ом) 

• индуктивное сопротивление фазы трансформатора:

    для группы соединения обмоток  Δ/Yн-11

    

2.2.Выбор тиристоров

    Тиристоры выбираем по максимальному значению тока, протекающего через открытый вентиль в переходных режимах пуска и торможения двигателя, и по максимальному значению напряжения, которое прикладывается к вентилю в закрытом состоянии.

    Среднее значение тока через открытый вентиль вычисляем по формуле:

           (А) 

где K_3i = 2 .. 2,5 – коэффициент запаса, учитывающий увеличение тока через вентиль в переходном процессе пуска или торможения двигателя; K_OXЛ – коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения тиристора (при естественном воздушном охлаждении с использованием стандартного радиатора  K_OXЛ = 0,3 … 0,35,  при принудительном охлаждении K_OXЛ = 1).

    В паспортных данных тиристоров указан максимально допустимый средний ток в открытом состоянии I_{ОС, СР. МАКС.}, значение которого дано для классификационной схемы – однофазной однополупериодной схемы выпрямления синусоидального тока с активной нагрузкой при угле проводимости вентиля 180⁰. В трехфазных схемах, работающих на якорь двигателя, форма тока вентиля приближается к прямоугольной, а угол проводимости равен 120⁰, то значение I_CP, вычисленное по формуле (12), необходимо привести к классификационной схеме:

           (А)

    Максимальное  напряжение на вентиле в запертом состоянии в трехфазных схемах равно межфазному напряжению вторичной обмотки трансформатора. С учетом возможных перенапряжений его вычисляют по формуле:

           (В)

где K_ЗU =1,5 .. 1,8 – коэффициент запаса по напряжению.

    В паспортных данных тиристоров указано  повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии U_{ЗС, П}, - максимально допустимое мгновенное значение напряжения, которое может быть приложено к запертому вентилю. По каталогу выбираем тиристоры с предельными эксплуатационными параметрами, определяемыми из условий:

            

    Предельные эксплуатационные параметры тиристора Т253-1250:

• повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии

U_{ЗС, П} = 400-1200 (В);

• максимально допустимый средний ток в открытом состоянии

I_{ОС, СР. МАКС.} = 1250 (А);

• ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии I_{ОС, УДР.} = 26 (кА) при заданной длительности импульса t_И = 10 (мс);
• защитный показатель I²t при заданной длительности импульса t_И;

    электрические параметры:

• постоянное или импульсное напряжение в открытом состоянии

U_ОС = 1,6(В);

• время выключения t_ВЫКЛ = 500 (мкс);
• время обратного восстановления t_{ВОС, ОБР} = 30 (мкс);

2.3.Расчет индуктивности уравнительных реакторов

    В реверсивных тиристорных преобразователях при совместном управлении группами мгновенные значения напряжений выпрямителя и инвертора могут быть неодинаковы, поэтому появляется неуравновешенное напряжение U_УР, под действием которого протекает ток. Для ограничения этого тока применяют уравнительные реакторы, индуктивность которых определяют по формуле: 

           (мГн) 

    где I_УР – действующее значение уравнительного тока,

    f – частота питающей сети,

    K_∂ – коэффициент действующего значения уравнительного тока.

    По  каталогу выбираем реактор РОС-100/0,5 номинальный ток 500А, номинальная индуктивность 12мГн. На рисунке 1 показана схема включения уравнительных реакторов.

    

    Рис. 1. Схема включения насыщающихся реакторов

2.4.Расчет индуктивности сглаживающего реактора

    Сглаживающий реактор включают последовательно с якорем двигателя. Его индуктивность выбирают из условия снижения пульсаций выпрямленного тока до допустимого значения, указанного в задании.

    Расчет  индуктивности цепи выпрямленного  тока из условия сглаживания пульсаций  до требуемого уровня производят по формуле: