Технические данные нагрузки.

В качестве нагрузки тиристорного преобразователя применен двигатель постоянного тока независимого возбуждения типа П81, сеть трехфазного переменного тока 0,38 кВ, режим работы электропривода реверсивный.

Технические данные двигателя представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Технические данные двигателя

2. Выбор схемы тиристорного преобразователя.

Для заданной мощности , напряжения наиболее целесообразной схемой выпрямления является трехфазная мостовая схема с питанием от сети переменного тока 0,38 кВ, трансформаторный вариант; преобразователь реверсивный по встречно-параллельной схеме с раздельным управлением вентильными группами.

При определении номинальных значений выпрямленного напряжения и тока необходимо обеспечить

и учесть,

При выборе тиристорных преобразователей необходимо руководствоваться следующим: номинальные значения напряжения и тока преобразователя должны быть больше или равны номинальным значениям напряжения и тока двигателя, т.е. . Кроме того, необходимо также обеспечить превышение максимального тока преобразователя над максимальным током двигателя, т.е.

перегрузочная способность двигателя

перегрузочная способность тиристорного преобразователя в течение 10 с

Этим условиям отвечает тиристорный преобразователь со следующими номинальными данными:

Расчетным данным удовлетворяет тиристорный преобразователь из серии КТЭ 200/220 – 132 – 1ВМТО - УХЛ 4.

Силовая схема реверсивного тиристорного преобразователя приведена на рис. 2.1.

В структуре условных обозначений КТЭ под номинальным напряжением понимается номинальное напряжение на двигателе , тогда как номинальное выпрямленное напряжение тиристорного преобразователя (с учетом падения напряжения в соединительных шинах, кабелях, сглаживающем дросселе).

Рис 2.1. Принципиальная схема реверсивного тиристорного преобразователя, работающего на двигатель постоянного тока

3. Расчёт мощности и выбор силового трансформатора.

Максимально, расчетное значение выпрямленной ЭДС в режиме непрерывного тока определяется по формуле

где - номинальное значение ЭДС двигателя;

- номинальное значение выпрямленного тока преобразователя;

- активное сопротивление двигателя с учётом сопротивления якоря, компенсационной обмотки и добавочных полюсов, приведенное к рабочей температуре 80 ^оС,

– минимальный угол регулирования;

- падение напряжения на тиристоре;

- коэффициент зависящий от схемы выпрямления(см. табл. 2.1);

в, с_т, d - расчётные коэффициенты (см. табл. 3.1);

- коэффициент, учитывающий индуктивность сети переменного тока;

е_к%, DР_м% - напряжение короткого замыкания и потери в меди трансформатора;

DU_с% - возможные колебания напряжения сети.

При определении Е_d0 необходимо предварительно задаться следующими величинами:

е_к%=5¸10%, DР_м%=1¸3%, DU_с%=5%.

Таблица3.1

Расчётные коэффициенты схемы выпрямления

Вторичное, линейное напряжение трансформатора В

Расчетная мощность трансформатора

На основании значений расчетной мощности, требуемого первичного и вторичного напряжений выбирается трансформатор из серии сухих типа ТСЗП – 63/0,7УХЛ3 с техническими данными, приведенными в таблице 3.2.

Таблица 3.2.

Технические данные трансформатора

Тип трансформатора, схема и группа соединения	, кВА	Номинальное напряжение	Номинальный ток	,%	, %	Потери, кВт
U1л, В	U2л, В	Udн, В	,А	, А
ТСЗП-63/0,7УХЛ3 D/D-0							5,5		0,33	1,9

Максимальное значение выпрямленной ЭДС при

,

Первичный линейный ток

где - коэффициент трансформации трансформатора.

Полное сопротивление трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке

Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке

Индуктивное сопротивление

Индуктивность трансформатора

4. Расчет индуктивности и выбор сглаживающего дросселя

Сглаживающий дроссель включается последовательно с якорем двигателя и его индуктивность рассчитывается следующим образом.

Критическая индуктивность силовой цепи из условия сглаживания пульсаций выпрямленного тока.

,мГн

где принятая величина действующего значения основной гармоники переменной составляющей выпрямленного тока.

Критическая индуктивность силовой цепи из условий ликвидации прерывистого режима на холостом ходу двигателя (принят ).

Где

p=2m=6 –число пульсаций преобразователя (пульсность) за период в сети

– угол регулирования, при котором двигатель работает с током и заданной скоростью

Вс,

Эквивалентное сопротивление силовой системы ТП – Д:

Из двух значений критической индуктивности выбирается большее, и по уравнению

определяется требуемая индуктивность сглаживающего дросселя.

мГн

Здесь мГн

Где

– эмпирический коэффициент для некомпенсированных машин

– число пар полюсов

Выбирается сглаживающий дроссель типа ФРОС – 250/0.5 У3 со следующими техническими данными: А, мГн для длительной работы со значением выпрямленного напряжения не выше 500 В.

Тогда эквивалентная индуктивность силовой системы ТП – Д

5. Расчёт фазовых и регулировочных характеристик ТП.

Расчет фазовых характеристик СИФУ реверсивного тиристорного преобразователя с синусоидальным опорным напряжением производится по формуле

Регулировочная характеристика рассчитывается по формуле:

B,

где начальный угол согласования характеристик, принимается 95^о;

В – максимальное значение опорного напряжения, соответствующее изменению угла на 90⁰;

- напряжение смещения.

По приведенному уравнению рассчитаны фазовые и регулировочные характеристики

Таблица 5.1

Фазовые и регулировочные характеристики СИФУ и реверсивного ТП.

Фазовые и регулировочные характеристики реверсивного тиристорного преобразователя приведены на рис. 5.1.

Максимальное значение угла регулирования

где g - угол коммутации при ,

d - угол восстановления запирающих свойств тиристора,

Da=3^о – допустимая асимметрия импульсов.

Угол коммутации при

где - номинальный угол, соответствующий номинальному режиму работы двигателя,

Максимальный угол регулирования с точки зрения безопасности работы в инверторном режиме работы принимаем . Тогда

а

б

Рис. 5.1. Фазовые (а) и регулировочные (б) характеристики КТЭ 200/230

Коэффициент усиления тиристорного преобразователя определим по формуле

,

используя зависимость рис. 5.1, б.

6. Расчёт и построение статических характеристик электропривода.

Здесь производится расчёт скоростных характеристик реверсивного тиристорного электропривода при и .

Уравнение скоростных характеристик в режиме непрерывного тока

- двигательного режима и

- в режиме рекуперативного торможения.

В режиме гранично-непрерывного тока значения и определятся соответственно по уравнению

В режиме идеального холостого хода значения скорости определяются по формулам

при и

при . Знак (+) – двигательный режим, (-) – режим рекуперативного торможения.

Результаты расчёта скоростных характеристик представлены в табл. 6.1 и на рис. 6.1.

Таблица 6.1.

Рис. 6.1. Скоростные характеристики системы ТП – Д

7. Защита преобразователя.

Защита преобразователя осуществляется от внутренних и внеш­них аварийных режимов. Причиной возникновения внутренних ава­рий являются всевозможные неисправности элементов самой силовой схемы тиристорного преобразователя. К ним относятся: пробой тиристо­ров силового моста, одновременное включение встречно-параллельных мостов реверсивного тиристорного преобразователя с раздельным управ­лением группами. К внешним авариям, которые характеризуются внеш­ними причинами, относятся: недопустимые перегрузки; короткие замыка­ния на шинах постоянного и переменного тока; однофазное и двухфазное опрокидывание инвертора.

Защита плавкими предохранителями.

Для защиты силовых вентилей полупроводниковых преобразова­телей средней и большой мощности при внешних и внутренних коротких замыканиях широко применяются быстродействующие предохранители плавкие, которые являются самыми дешевыми средствами защиты. Они состоят из контактных ножей и плавкой вставки из серебряной фольги, помещенной в закрытый фарфоровый патрон. Плавкая вставка имеет узкие калиброванные перешейки, которые снабжены радиаторами из хорошо проводящего тепло керамического материала, посредством которых тепло отводится к корпусу предохранителя. Эти радиаторы слу­жат также дугогасительными камерами с узкой щелью, что значительно улучшает гашение дуги, возникающей в области перешейка. Параллельно плавкой вставке установлен сигнальный патрон, блинкер которого сигна­лизирует о расплавлении плавкой вставки, и, воздействуя на микровы­ключатель, замыкает сигнальные контакты.

Основными показателями предохранителя, характеризующими его защитные свойства, являются номинальное напряжение U_п.ном., номинальный ток I_п.ном. плавкой вставки, тепловые эквиваленты плавления I_п² t_пл. и отключения I_п² t_откл..

Предохранитель плавкий характеризуется действующими значе­ниями напряжения и тока и выбор его производится из следующих усло­вий:

1. Номинальное напряжение применяемого предохранителя должно быть не меньше номинального напряжения преобразовательной ус­тановки. В противном случае не будет обеспечено нормальное гаше­ние дуги, что может привести к разрушению корпуса предохранителя и перебросу дуги на токоведущие части. Время срабатывания предо­хранителя 10 – 15мс.

U_{d ном}=230 В, следовательно должно быть U_пр.ном.³ U_{d ном}.

1. Номинальный ток основания предохранителя при установке предо­хранителя последовательно с вентилем

где n – число параллельно включенных вентилей.

Этим условиям удовлетворяет предохранитель плавкий ПП57-3437.

Номинальный ток основания предохранителя I_пр.ном.=160 А;

Номинальное напряжение основания предохранителя U_пр.ном.= 380 В;

Номинальный ток плавкой вставки

где k_зап.- коэффициент запаса по току, не менее 1,2.

Защита автоматическими выключателями.

Автоматические выключатели являются защитными аппаратами многократного действия и предназначены для защиты вентильных пре­образователей от внешних коротких замыканий, опрокидывания инвер­тора и перегрузок по току. Выключатели устанавливаются на стороне переменного и выпрямленного тока.

Место включения автоматических выключателей в схемах вен­тильных преобразователей определяется теми наиболее вероятными ава­рийными режимами, от которых предусматривается защита. При этом должна учитываться специфика работы преобразователя, требования за­щиты вентилей и селективности отключения поврежденной цепи.

При питании преобразователя от сети 380В подключение трансформатора к сети осуществляется автоматическим выключателем переменного тока.

На стороне постоянного тока устанавливаются автоматические выключатели А 3710 Ф на выпрямленное напряжение 220В , два полюса которых соединены параллельно, обеспечивающие проте­кание номинального тока 2х160=310А; установка по току срабатывания: теплового расцепителя 2х60=120А, электромаг­нитного расцепителя не менее

(выбирается 630А). Собственное время отключения А3700 с дистанци­онным расцепителем полупроводникового типа не более 10мс.

Для коммутации якорной цепи при кратковременных остановках электропривода предусматриваются контакты линейных контакторов КМ1, КМ2.

Защита от перенапряжений.

Процессы, протекающие в вентильных преобразователях, часто сопровождаются перенапряжениями, которые, воздействуя на вентили, могут привести к их пробою, вызывающему, как правило, короткое замыкание.

Основными видами перенапряжений являются:

1. Сетевые перенапряжения, обусловленные действием сетевой коммутационной аппаратуры или атмосферных явлений.

2. Схемные перенапряжения неповторяющегося характера, связанные с действием коммутационной аппаратуры вентильного преобразователя. Это перенапряжения, связанные с включением питающего трансформатора, подключением вентильного преобразователя к источнику переменного напряжения, отключением питающего трансформатора, а также отключением тока нагрузки при помощи автоматического выключателя.

3. Схемные повторяющиеся перенапряжения – они обусловлены работой вентилей в силовой схеме и являются либо резонансными, либо коммутационными.

Резонансные перенапряжения связаны с потреблением из сети несинусоидального тока и прерывистым режимом работы преобразователя.

Коммутационные схемные перенапряжения вызываются периодическим переходом вентилей из закрытого состояния в открытое и обратно. Они характеризуются (при отсутствии ограничительных устройств) крутым фронтом (до 1000 В/мкс) и значительной амплитудой (до 10 – кратного значения по отношению к рабочему напряжению).

Для ограничения перенапряжений широко применяются накопители энергии - конденсаторы, входящие в состав RC – цепочек. В целях защиты от коммутационных перенапряжений, поступающих из питающей сети, при коммутациях трансформатора и цепей нагрузки RC – цепочки включают на вторичной стороне трансформатора по одной из схем, приведенных на рис.7.1.

а) б)

Рис.7.1. Схемы включения RC - цепочек

С учетом параметров питающего трансформатора емкость демпфирующего конденсатора С3 (С4, С5) в защитных цепях трехфазных схем выпрямления (см. рис.7.1,а) определится по формуле

где S – мощность питающего трансформатора, кВА;

U_{обр.мах} – амплитудное значение обратного (прямого) напряжения на тиристоре, В;

U_н.т. – максимально-допустимое напряжение для защищаемых тиристоров, В;

I₀ – ток холостого хода трансформатора, А.

S_ном = 58 кВА,

I₀ =0,06×I_1н =0,06×88,457=5,31 А;

U_н.т. =500 В;

В.

При заряде конденсатора в результате перенапряжений в контуре LC происходит колебательный процесс перехода электромагнитной энергии в электростатическую и обратно. Для настройки колебательного контура на апериодический процесс последовательно с конденсатором устанавливается резистор R3, сопротивление которого должно быть больше двухкратного волнового сопротивления этого контура

При больших мощностях преобразователей целесообразно устанавливать RC – цепочки на стороне выпрямленного тока вспомогательного выпрямителя “В” (см. рис.7.11,б). В этом случае используются электролитические конденсаторы с емкостью C1, увеличенной в 1,5 раза по сравнению со схемой рис.7.1,а, а гасящий резистор R1 уменьшается на 33,3%. Можно установить вместо R1 резистор R’1, при этом он будет также ограничивать ток короткого замыкания при пробое одного из диодов выпрямительного моста.

Разрядное сопротивление R2 выбирается из условий разряда C1 на 10% за один полупериод частоты питающей сети

где С1 – емкость конденсатора, Ф