Контрольная работаСиловые преобразовательные устройстваЗАДАНИЕ 1Рассчитать 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:
Выбираем вентиль: Т10-50. предельный ток - IПР = 50 А , повторяющееся напряжение UП = 400-1000 В, прямое падение напряжения UПР = 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 вентильной обмотки,
В
Напряжение корот
кого замыкания тр-ра, UК%
29,1
500
410
5,2
Полная индуктивность якорной цепиГнгде В - напряжение пульсацийm=6, =314 с-1 Индуктивность якоря ГнС=0,1-0,25 для компенсированных машинС=0,5-0,6 для некомпенсированных машинр-число пар полюсовn - cкорость, об/минРасчетная индуктивность трансформатора, приведенная к цепи постоянного токагде а=1 для нулевых схема=2 для мостовых схемХтр- индуктивное сопротивление фазы трансформатораИндуктивность дросселя Гн
ЗАДАНИЕ 3
Построить регулировочную и внешнюю характеристики преобразователя. Напряжение короткого замыкания сетевого трансформатора UK%, преобразователь - тиристорный постоянного тока. Граничный угол регулирования - - 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 60.
Для построения характеристики задаваться значениями =0 600, для удобства построения расчеты в таблицу.
Рассчитываем данные, согласно заданного варианта.
Для =0 , =0
Для =0 , =0,5Для =0 , =1,0Аналогично находим данные для =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 = /m = /1 = p=2·m=2·3 = 6, для простых симметричных схем, m-число фаз выпрямителя - граничный угол регулирования , индуктивность цепи принимаем. Для построения характеристики заполняем таблицу , задаваясь значениями 0.
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:
Рd = Рв + Рт + Рф + Рв.с
Потери в вентиле при протекании прямого тока:
Рв = nв*Uпр*Iв.ср = 2*0,5*0,039 =0,039Вт
nв =2, кол-во вентилей, по которым одновременно протекает ток в плече моста Uпр = (0-1,2В) - падение напряжения
ЗАДАНИЕ 5Рассчитать и выбрать тиристоры в цепи якоря двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Выбрать трансформатор для преобразователя в цепи двигателя. Uн = 220В. Напряжение выпрямителя
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 и 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 и 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 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 совершается переход на углы . А в выпрямителе углы заменяются углами .
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.