Расчет силовой части тиристорного преобразователя для электропривода постоянного тока

          

    Здесь DU_В - падение напряжения на вентилях (для нулевой схемы DU_В = U_ОС, для мостовой схемы DU_В = 2×U_ОС). Суммарное сопротивление цепи выпрямленного тока вычисляется как

 

где R_Я + R_дп – сопротивление якорной цепи двигателя при температуре 15⁰С;

- сопротивление щеточного контакта;

R_УР, R_СГЛ – активные сопротивления реакторов, при отсутствии данных можно принять:

            

    В таблице 2 приведены результаты расчета  электромеханических характеристик, а на рисунке 7 выполнено построение электромеханических характеристик по данным таблицы 2.

 

a
0	i	0	48	96	144	192	240	288	336	384	432	480	528	576	624	672	720	768	816	864
	w	103	101	99	98	96	94	92	91	89	87	85	84	82	80	78	76	75	73	71
15	i	0	48	96	144	192	240	288	336	384	432	480	528	576	624	672	720	768	816	864
	w	99	98	96	94	92	91	89	87	85	84	82	80	78	76	75	73	71	69	68
30	i	0	48	96	144	192	240	288	336	384	432	480	528	576	624	672	720	768	816	864
	w	89	87	85	84	82	80	78	77	75	73	71	70	68	66	64	63	61	59	57
45	i	0	48	96	144	192	240	288	336	384	432	480	528	576	624	672	720	768	816	864
	w	72	71	69	67	65	64	62	60	58	57	55	53	51	49	48	46	44	42	41
60	i	0	48	96	144	192	240	288	336	384	432	480	528	576	624	672	720	768	816	864
	w	51	49	47	46	44	42	40	39	37	35	33	31	30	28	26	24	23	21	19
75	i	0	48	96	144	192	240	288	336	384	432	480	528	576	624	672	720	768	816	864
	w	26	24	22	20	19	17	15	13	12	10	8	6	5	3	1	-1	-3	-4	-6
90	i	0	48	96	144	192	240	288	336	384	432	480	528	576	624	672	720	768	816	864
	w	-1	-3	-5	-7	-8	-10	-12	-14	-15	-17	-19	-21	-22	-24	-26	-28	-29	-31	-33
105	i	0	48	96	144	192	240	288	336	384	432	480	528	576	624	672	720	768	816	864
	w	-28	-30	-32	-33	-35	-37	-39	-41	-42	-44	-46	-48	-49	-51	-53	-55	-56	-58	-60
120	i	0	48	96	144	192	240	288	336	384	432	480	528	576	624	672	720	768	816	864
	w	-53	-55	-57	-59	-60	-62	-64	-66	-67	-69	-71	-73	-74	-76	-78	-80	-82	-83	-85
135	i	0	48	96	144	192	240	288	336	384	432	480	528	576	624	672	720	768	816	864
	w	-75	-77	-78	-80	-82	-84	-85	-87	-89	-91	-93	-94	-96	-98	-100	-101	-103	-105	-107
150	i	0	48	96	144	192	240	288	336	384	432	480	528	576	624	672	720	768	816	864
	w	-91	-93	-95	-97	-98	-100	-102	-104	-106	-107	-109	-111	-113	-114	-116	-118	-120	-121	-123
165	i	0	48	96	144	192	240	288	336	384	432	480	528	576	624	672	720	768	816	864
	w	-102	-104	-105	-107	-109	-111	-112	-114	-116	-118	-119	-121	-123	-125	-127	-128	-130	-132	-134
180	i	0	48	96	144	192	240	288	336	384	432	480	528	576	624	672	720	768	816	864
	w	-105	-107	-109	-111	-112	-114	-116	-118	-120	-121	-123	-125	-127	-128	-130	-132	-134	-135	-137

    

Таблица 2 

4.2.Зона прерывистых токов при раздельном управлении

    При раздельном управлении двухкомплектным  преобразователем электромеханические характеристики привода в зоне прерывистых токов существенно изменяются. Для их вычисления задаются значениями угловой длительности прохождения тока l от нуля до с шагом 15⁰ и вычисляют э.д.с. и ток якоря двигателя, используя формулы:

          

          

    где  U_2m – амплитуда напряжения вторичной обмотки трансформатора (для мостовой схемы U_2m = U_2Лm).

Суммарная индуктивность цепи выпрямленного  тока вычисляется по формуле:

            

где L_Т – индуктивность трансформатора, приведенная ко вторичной обмотке:

    для мостовой схемы

          

    По  значениям э.д.с., вычисляем угловую частоту вращения якоря двигателя w_Я, и результаты расчетов оформляем в виде таблицы (табл. 3). 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 3. Результаты расчета электромеханических характеристик в зоне прерывистых токов

	0	0,26	0,52	0,79	1,05	1,31	1,57	1,83	2,09	2,36	2,62	2,88	3,14
λ	α	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150	165	180
15	E	203	203	189	162	124	78	27	-27	-78	-124	-162	-189
	I	0,00	0,00	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01
	w	309	309	288	247	190	119	41	-41	-119	-190	-247	-288
30	E	203	196	176	143	101	52	0	-52	-101	-143	-176	-196
	I	0,00	0,03	0,06	0,08	0,10	0,12	0,12	0,12	0,10	0,08	0,06	0,03
	w	309	298	267	218	154	80	0	-80	-154	-218	-267	-298
45	E	198	185	158	122	76	26	-26	-76	-122	-158	-185	-198
	I	0,05	0,15	0,24	0,32	0,37	0,40	0,40	0,37	0,32	0,24	0,15	0,05
	w	302	281	241	185	116	40	-40	-116	-185	-241	-281	-302
60	E	189	170	138	98	51	0	-51	-98	-138	-170	-189	-196
	I	0,24	0,47	0,66	0,81	0,90	0,94	0,90	0,81	0,66	0,47	0,24	0,00
	w	288	258	211	149	77	0	-77	-149	-211	-258	-288	-298

 

    При стремящемся к нулю ток преобразователя также стремится к нулю, а ЭДС стремится к определённому пределу. При изменении от 0 до при =0 величина ЭДС преобразователя не зависит от и равна амплитуде вторичного напряжения трансформатора .

    При этот предел равен значению мгновенного напряжения трансформатора в момент открывания тиристора: .

4.3.Определение границы устойчивого инвертирования

    Для обеспечения надежности инвертирования необходимо выполнить условие или . Здесь g– угол коммутации; d- угол восстановления запирающих свойств тиристора, определяемый временем выключения:

    

[эл. град.]

    

    Этому условию соответствует наибольшее значение частоты вращения якоря, которое определяют по формуле: 

    

    

5. Построение  диаграммы уравнительного напряжения и тока

    Диаграмму уравнительного напряжения u_УР при совместном управлении определяют как разницу мгновенных значений напряжения комплекта u_dВ, работающего в выпрямительном режиме, и напряжения комплекта u_dИ, находящегося в режиме готовности к инвертированию:

          

    Построение  диаграммы уравнительного напряжения выполняют в следующей последовательности:

• для заданного угла a^I_В = 35^о строим диаграмму напряжения u_dВ;
• по согласованию (a_В+a_И), определенному в п.3, вычисляем угол опережения b_И для комплекта, находящегося в режиме готовности к инвертированию:

          

• для вычисленного угла b_И строим диаграмму напряжения u_dИ;
• строим график u_УР, выполнив графическое вычитание u_dИ из u_dВ.

    Пренебрегая активным сопротивлением контура уравнительного тока i_УР, можно записать соотношение:

          

    Отсюда  можно вычислить:

            

    Если  полагать, что уравнительное напряжение изменяется практически по линейному закону, то кривая уравнительного тока, будет иметь параболический характер. Учитывая, что начальное и конечное значение тока равно нулю, можно вычислить его амплитуду I_{УР m}.

6. Определение полной мощности, ее составляющих, коэффициента мощности и КПД тиристорного преобразователя

    Изменение частоты вращения при неизменном номинальном токе якоря приводит к перераспределению активной и реактивной составляющих полной мощности, потребляемой преобразователем из сети. При этом изменяются коэффициент мощности преобразователя и коэффициент полезного действия привода.

    Относительная величина полной мощности, потребляемой тиристорным преобразователем из сети:

            

где  K₁ для мостовой схемы 1

g- угол коммутации (в радианах).

    Относительная величина активной составляющей мощности:

            

    Относительная величина реактивной составляющей мощности:

            

    Относительная величина мощности основной гармоники:

            

    Относительная величина мощности искажений:

            

    Коэффициент мощности преобразователя:

          

    Коэффициент полезного действия привода при  номинальном токе двигателя и  относительной частоте вращения якоря :

          

    где R_Я.Д. = 1,24×(R_Я + R_ДП) + R_Щ.

    На  основании приведённых соотношений  для номинального тока двигателя  строим зависимости    в функции относительного значения скорости вращения электродвигателя при изменении от 0 до 1.Для этого вначале при заданных значениях при определяем соответствующие значения углов регулирования и углы коммутации:

            

            
 
 
 
 
 
 
 
 

	°	°
0	90,0	1,42	1,0446	0,9999	-0,0124	0,9998	0,3022	-0,0118	0,457
0,1	85,6	1,42	1,0446	0,9999	0,0638	0,9979	0,3022	0,0611	0,659
0,2	81,2	1,43	1,0446	0,9999	0,1400	0,9901	0,3022	0,1340	0,751
0,3	76,8	1,45	1,0446	0,9999	0,2162	0,9763	0,3021	0,2070	0,804
0,4	72,3	1,48	1,0445	0,9999	0,2923	0,9562	0,3019	0,2799	0,839
0,5	67,6	1,52	1,0444	0,9999	0,3685	0,9295	0,3017	0,3528	0,863
0,6	62,8	1,58	1,0444	0,9999	0,4447	0,8956	0,3015	0,4258	0,881
0,7	57,8	1,66	1,0443	0,9999	0,5209	0,8535	0,3011	0,4988	0,894
0,8	52,5	1,77	1,0441	0,9999	0,5971	0,8020	0,3006	0,5718	0,905
0,9	46,7	1,92	1,0439	0,9999	0,6732	0,7392	0,2999	0,6449	0,914
1	40,4	2,14	1,0436	0,9998	0,7494	0,6618	0,2989	0,7181	0,922