СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Выбор силовой схемы РТП
2. Расчёты и выбор элементов силовой схемы
2.1Расчёт и выбор трансформатора
2.2Расчёт и выбор трансформатора тиристоров
2.3 Расчет и выбор уравнительных реакторов
2.4 Расчет и выбор уравнительных реакторовсглаживающих дросселей
2.5 Расчет и выбор силовой коммутационной изащитной аппаратуры
2.5.1 Расчет и выбор R-C цепочек
2.5.2 Расчет и выбор предохранителей
2.5.3 Расчет и выбор автоматического выключателя
3. ВЫБОР СТРУКТУРЫ И ОСНОВНЫХ УЗЛОВ СИСТЕМЫУПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ
4. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ (СИФУ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
4.1 Расчет и выбор генератора опорногонапряжения
4.2 Расчет и выбор нуль-органа
4.3Расчети выбор формирователя длительности импульсов и элементов согласования с логикой
4.4 Расчет и выбор усилителя импульсов
4.5 Расчет и выбор управляющего органа
4.6 Описание работы СИФУ
5.РАЗРАБОТКАЗАДАТЧИКА ИНТЕНСИВНОСТИ
5.1 Расчет и выбор элементов задатчикаинтенсивоности
5.2 Описание работы задатчика интенсивности
6. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ РЕГУЛИРОВОЧНОЙ И ВНЕШНИХХАРАКТЕРИСТИК ТП
7. РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
7.1 Расчет полной, активной и реактивноймощностей
7.2 Расчет мощности искажений
7.3 Расчет КПД и коэффициента мощности
8. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИУКАЗАННОМ НАПРЯЖЕНИИ ЗАДАНИЯ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
В замкнутых, аиногда и в разомкнутых структурах автоматизированного электропривода в настоящеевремя преимущественное развитие получили полупроводниковые преобразователипостоянного и переменного тока. В отличие от машинных преобразователей выходныенапряжения полупроводниковых преобразователей характеризуются дискретностью,что может оказать влияние на характеристики электромеханических процессовдвигателя. Однако это влияние при малых интервалах дискретности выходногонапряжения преобразователя оказываются незначительным. Поэтому в расчетнойпрактике в стадии начального проектирования обычно полагают, что выходныенапряжения преобразователей с полупроводниковыми элементами описываютсягладкими функциями времени. В последующих исследованиях динамики и статикисистемы управления электроприводом, полученной в результате проектирования,может быть учтено влияние дискретности выходных напряжений на переходные иустановившиеся режимы работы электропривода.
Обобщенная структураэлектропривода показана на рис. 1.
/>
Рисунок 1. Обобщённая структураэлектропривода.
Уравненияэлектропривода в случае жесткой механической передачи от двигателя к рабочемуоргану имеют вид:
/>= М — Mc;
/>= F(u, ω, M),
где J- момент инерции; М, Мс— моменты двигателя и сопротивления; ω — угловая скорость вала; u — управляющийсигнал на входе преобразователя, от которого получает напряжение двигатель.Функция F(u, ω, M) отражает динамические свойства привода,который обычно является нелинейным звеном.
Достоинствамиполупроводниковых преобразователей являются широкие функциональные возможностиуправления процессом преобразования электроэнергии, высокие быстродействие икоэффициент полезного действия, большие сроки службы, удобство и простотаобслуживания при эксплуатации, широкие возможности по реализации защит,сигнализации, диагностирования и тестирования как самого ЭП, так итехнологического оборудования, возможность программирования иперепрограммирования работы микропроцессорных средств управления в случае ихиспользования.
Вместе с тем дляэтих преобразователей характерны и определенные недостатки. К ним относятсявысокая чувствительность полупроводниковых приборов к перегрузкам по току инапряжению и скорости их изменения; низкая помехозащищенность, искажениесинусоидальной формы тока и напряжения сети.
Преобразователь —это электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию однихпараметров или показателей качества в электроэнергию с другими значениямипараметров или показателей качества. Параметрами электрической энергиисчитаются род тока и напряжения, их частота, число фаз, фаза напряжения.
По характерупреобразования электроэнергии силовые преобразователи делятся на выпрямители,инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения переменного ипостоянного тока, преобразователи числа фаз напряжения переменного тока. Поэлементной базе (видам применяемых силовых приборов) преобразователи могут бытьдиодными, тиристорными и транзисторными, а по управляемости — неуправляемыми иуправляемыми. В управляемых преобразователях выходные переменные — напряжение,ток, частота могут регулироваться.
1. ВЫБОР СИЛОВОЙ СХЕМЫ РТП
Реверсивные электроприводы выполняются содной (рис. 1.1, а, б) и двумя (рис. 1.1, в, г, д) вентильными группами. Вприводах где допустимое время реверса составляет 0,5 – 2,5 с, возможноприменение схемы с реверсом в цепи возбуждения (рис. 1.1, а). Недостаток этойсхемы – малое быстродействие вследствие большой постоянной времени цепивозбуждения двигателя. Для приводов, где допустимо «мёртвое» время около 0,1 си более, можно использовать схему тиристорного электропривода с реверсом в цепиякоря (рис. 1.1, б).
/>
Рисунок 1.1. Виды реверсивных схем.
Для быстродействующих систем управленияприменяют схемы с двумя вентильными группами: встречно-паралельного включениявентильных групп V1 и V2, каждая из которых питается от отдельнойвторичной обмотке трансформатора Т.: в практике эта схема получила названиеперекрёстной (рис. 1.1, в) встречно-паралельного включения вентильных групп V1 и V2 с питанием от трансформатораТ с одним комплектом вторичных обмоток (рис. 1.1, г); Н – схема, в которой двегруппы вентилей, обозначенные буквой В и присоединённые к двум комплектамвторичных обмоток трансформатора, обеспечивают полярность выпрямленногонапряжения одного звена, а две группы вентилей, обозначенные буквой Н –полярность выпрямленного напряжения другого знака (рис. 1.1, д). На всех схемахL – сглаживающийдроссель, L1, L2 – уравнительные дроссели.
Исходя из выше сказанного выбираемтрёхфазную мостовую схему соединения вентилей в группах тиристорногопреобразователя так как она обладает следующими преимуществами над нулевой:
— при одинаковой фазной ЭДС среднее значениевыпрямленного напряжения в мостовой схеме в два раза больше;
— частота пульсацийвыпрямленного напряжения в два раза выше (300 против 150 Гц), а амплитудапульсаций меньше;
-при одинаковоймощности нагрузки типовая мощность трансформатора меньше, чем для нулевой;
-индуктивность вцепи переменного тока в мостовой схеме в два раза больше;
-данная схема даетбольшой диапазон регулирования скорости.
Вентильные группы,входящие в схему реверсивного выпрямителя могут, как указывалось выше,соединяться двумя способами: по перекрестной или встречно-параллельным схемам.Схемы отличаются количеством вторичных обмоток силового трансформатора. Из-запростой конструкции трансформатора отдадим предпочтение схеме совстречно-параллельным соединением тиристоров. Силовая схема трехфазногомостового реверсивного преобразователя с устройствами коммутации и защитыпредставлена на рис. 1.2. По заданию, в курсовом проекте управление вентильнымигруппами — совместное согласованное. Для ограничения возникающих при этомуравнительных токов используются два ненасыщающихся уравнительных реактора LR1 и LR2.
/>
Рисунок 1.2. Электрическая схема трехфазногомостового ТП со встречно-параллельным соединением вентильных групп.
2. Расчёты и выборэлементов силовой схемы
2.1 Расчёт и выбор трансформатора
Выбор силовоготрансформатора производится по расчетным значениям тока I2ф, напряжению U2ф, и типовой мощностиSт. Напряжение первичнойобмотки U2ф должно соответствовать напряжению питающей сети.
Расчетное значениенапряжения U2ф,pасч вторичной обмоткитрансформатора, имеющего ТП с нагрузкой в режиме непрерывных токов, с учетомнеобходимого запаса на падение напряжения в силовой части, определяетсяформулой
U2ф,pасч = kи · kс ka kR ·Ud,(2.1)
где kи=0,427 — коэффициент,характеризующий отношение напряжений U2ф/Ud0 в идеальномтрехфазном мостовом выпрямителе;
kс—1,1— коэффициентзапаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети;
ka =1,1 — коэффициентзапаса, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющемсигнале;
kR=1,05 — коэффициентзапаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора,в вентилях и за счет перекрытия анодов;
Ud — номинальноенапряжение двигателя, Ud = UH.
Подставив значения вформулу (2.1) определяем расчетное значение напряжения U2ф,pасч вторичной обмоткитрансформатора:
U2ф,pасч = 0,427∙1,1∙1,1∙1,05∙220= 119,4 В.
Расчетное значениетока вторичной обмотки
I2расч = k/· ki·Idн,(2.2)
где k/ =0,815 — коэффициентсхемы, характеризующий отношение токов I2ф/Id в идеальной схеме;
ki=1,1 — коэффициент,учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной;
Idн — значениеноминального тока двигателя.
Idн =/>(2.3)
где РН — номинальная мощность электродвигателя;
η- КПДэлектродвигателя; Uн — номинальное напряжение электродвигателя.
Для двигателя 2ПН180Ммощностью 15 кВт номинальное значение тока двигателя по формуле (2.3):
Idн =Id=/>= 76,2 А.
Расчетное значениетока вторичной обмотки по формуле (2.2):
I2расч = 0,815∙1,1∙76,2= 68,3 А.
Рассчитываем(предварительно) действующее значение тока первичной обмотки трансформатора
/>·ki1·Idн,(2.4)
где /> - расчетный коэффициенттрансформации трансформатора.
/>= /> (2.5)
где U1ф — фазное напряжениепервичной обмотки трансформатора, U1ф =220 В; ki1 — схемный коэффициентпервичного тока. Принимаем ki1 =0,815 [1, табл.2.1].
И так расчётныйкоэффициент трансформации по формуле (2.5):
/>= />= 1,84.
Действующее значение тока первичной обмоткитрансформатора по формуле (2.4):
/>·0,815∙76,2= 33,8 А.
Находим мощностьпервичной обмотки трансформатора
S1 =m1·/>(2.6)
где m1 — число фазпервичной обмотки, m1 =3.
Подставив значения вформулу (2.6), имеем:
S1 = 3∙33,8∙220= 22 308 В∙А.
Находим мощностьвторичной обмотки трансформатора
S2 =m2·I2расч·U2ф+0,5%РН (2.7)
где m2-число фаз вторичнойобмотки трансформатора, т2=3.
I2расч -действующеезначение вторичного тока трансформатора, по форм.(2.2);
U2ф -фазное напряжениевторичной обмотки трансформатора, ориентировочно принимаем U2ф =U2фрасч .
И так имеем:
S2 =3∙68,3∙119,4+/>∙0,5 = 24540 В∙А.
Находим типовуюмощность трансформатора по формуле
ST= />,(2.8)
ST= />=22,38 кВ∙А.
Трансформаторвыбираем из условий:
-номинальноенапряжение вторичной обмотки трансформатора должно быть близким к значению U2фрасч: 0.95· U2фрасч ≤U2фн
113,4 В ≤U2фн
-ток вторичнойобмотки трансформатора должно быть больше или равен к I2расч: I2н≥I2 расч, т.е. I2н ≥ 68,3 А.
-номинальнаямощность трансформатора должна быть больше или равна типовой: Sн ≥ Sт, т.е. Sн ≥ 22,38 кВ∙А.
Выбираем трансформаторШЛ 100×160, с сечением магнитопровода 160 см2.
Параметры выбранноготрансформатора сводим в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 –Параметры трансформатора.Наименование Обозначение Величина Номинальная мощность, кВА
SH 26 Напряжение вентильной обмотки(линейное), В
U2H 205 Ток вентильной обмотки, А
I2H 82 Напряжение сетевой обмотки(линейное), В
U1H 380 Мощность холостого хода, Вт
Pxx 220 Мощность короткого замыкания, Вт
Pкз 420 Напряжение короткого замыкания, %
Uкз 3,2 Ток холостого хода, %
Ixx 8,0
Рассчитываемдействительный коэффициент трансформации выбранного трансформатора
k mр= />, (2.9)
k mр= />= 1,85.
Действительныезначения рабочих токов первичной и вторичной обмоток
I2= I2расч= 68,3А,
I1=/>, (2.10)
I1= />= 36,6 А.
2.2 Расчёт и выбор трансформатора тиристоров
Тиристоры выбираютсяпо среднему значению тока, протекающему через них и величине обратногонапряжения.
При этом должен бытьобеспечен достаточный запас по току и напряжению. Среднее значение токатиристора
Ia=kзi/>, (2.11)
где kзi =1,5 — коэффициентзапаса по току;
kоx — коэффициент,учитывающий интенсивность охлаждения силового вентиля. При естественномохлаждении kоx =0,35;
kвэ — коэффициент,принимаем по [1, табл.1.9], kвэ =0,333.
Среднее значениетока тиристора по формуле (2.11):
Ia=1,5∙/>=108,7 А.
Максимальнаявеличина обратного напряжения
Ubmax=kЗU∙kUобр∙Udo, (2.12)
где kЗU =1,8 — коэффициентзапаса по напряжению, учитывающий возможные повышения напряжения питающей сети(включая режим холостого хода) и периодические выбросы Uобр, обусловленныепроцессом коммутации вентилей;
kUобр — коэффициентобратного напряжения, равный отношению напряжений Udmax/Udo, для мостовой схемывыпрямления kUобр = 1,045;
Udo — наибольшая величинавыпрямленного напряжения преобразователя (среднее значение за период). Длятрехфазной мостовой схемы выпрямления Udo =2,34U2ФН=2,34∙118=276,2В.
Максимальнаявеличина обратного напряжения по формуле (2.12)6
Ubmax=1,8∙1,045∙276,2= 519 В.
Условия выборатиристоров:
— Максимальный среднийток тиристоров открытом состоянии должен быть больше или равен значению la, Ioc.cp.max>Ia, в нашем случае Ioc.cp.max> 108,7 А.
— Повторяющеесяобратное напряжение тиристора должно быть больше или равно значению Ub.max, Uo6p. n >Ub. max, т.е. Uo6p.n > 519В.
Из справочника [3]выбираем марку тиристоров (низкочастотных).
Параметры выбранныхтиристоров сводим в таблицу 2.2. Выбираем марку тиристора – 2Т223-200-6.
Таблица 2.2 — Параметры выбранныхтиристоровНаименование Обозначение Величина Максимальный средний ток в открытом состоянии, А
Ioc.cp.max 200 Повторяющееся импульсное обратное напряжение, В
Uобр.п 600 Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии, А
Iос.удр 4000 Критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии, В/мкс
(dUзс/dt)кр
500…
1000 Ток удержания, мА
Iуд 300 Импульсное напряжение в открытом состоянии, В
Uос.u 2 Отпирающий постоянный ток управления, мА
Iупр 300 Время включения, мкс
tвкл 25 Время выключения, мкс
tвыкл 50…100 Отпирающее постоянное напряжение, В
Uупр 5
2.3 Расчет и выборуравнительных реакторов
В мостовомпреобразователе с совместным управлением присутствуют уравнительные токи.
Для уменьшенияуравнительных токов в схему вводят 4 насыщающихся или 2 ненасыщающихсяуравнительных реактора.
Принимаем длярасчета схему с двумя ненасыщающимися уравнительными реакторами,
Определяеминдуктивность уравнительных реакторов по формуле [4, стр.133]
Lур=kД∙/> (2.13)
где kД — коэффициентдействующего значения уравнительного тока, принимаем по [4, стр.1-158] kД =0,62;
U2m -амплитуда фазногонапряжения, U2m=/> ∙ Uф =1,41∙127=179В ,
где ω — круговая частотасети, ω =314 рад/с ;
Iур — действующее значениеуравнительного тока,
Iур = />∙ Idн (2.14)
Iур = />∙ Idн=0,12∙76,2=9,14А.
/>= 0,12 – ширина зоныпрерывистого тока (по условию).
По формуле 2.13имеем:
Lур=0,62∙/>=0,0387 Гн.
Для схемы выбираем 2ненасыщающихся уравнительных реактора LR1 и LR2 с рассчитаннойиндуктивностью 0,0387 Гн.
2.4 Расчет и выборуравнительных реакторов сглаживающих дросселей
Пульсациивыпрямленного напряжения приводят к пульсациям выпрямленного тока, которыеухудшают коммутацию электродвигателя и увеличивают его нагрев.
Для сглаживанияпульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие дроссели.
Определяеминдуктивность сглаживающего дросселя по формуле [4, стр. 132]
Ld2 =/>, (2.15)
где, k — кратностьгармоники, так как в симметричной мостовой схеме наибольшую амплитуду имеетпервая гармоника, то принимаем k =1;
р- количествопульсаций, принимаем по [1, табл. 2.1], р =6;
Р(1)%- допустимоедействующее значение основной гармоники тока, принимаем р(1)%- =8%;
Ud, n, т -амплитудноезначение гармонической составляющей выпрямленного напряжения, определяем по[4, стр.131]:
Ud,n,m =/>, (2.16)
где а — уголуправления тиристорами, a =30 °;
Udo — максимальноезначение выпрямленного напряжения, Udo=2,34∙I2ФН=2,34∙127= 297В;ω- круговаячастота сети;
IdН — номинальныйвыпрямленный ток преобразователя.
И так,
Ud,n,m =/>= 53 В.
Определяеминдуктивность сглаживающего дросселя по формуле 2.15:
Ld2 =/>= 0,0032 Гн.
Так какиндуктивность выбранного уравнительного реактора больше индуктивностьсглаживающего дросселя (LУP>Ld2), то отказываемсяот установки последнего в силовую цепь преобразователя.
Уравнительногореактора будет достаточно для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.
2.5 Расчет и выборсиловой коммутационной и защитной аппаратуры
2.5.1 Расчет и выбор R-C цепочек
Для ограниченияскорости нарастания прямого напряжения используем R-C цепочки, которыевключаем параллельно каждому тиристору.
Используястандартный ряд сопротивлений выбираем резистор R с сопротивлением впределах 18… 51 Ом. Принимаем 36 Ом.
Из уравнения [5,стр.81]
/>, (2.17)
где Uycm — установившеесянапряжение на тиристоре, Uуст= />U2л=1,41∙220=310,2В.
/> -максимальнодопустимая критическая скорость нарастания прямого напряжения на тиристоре (изтабл. 2.2), находим постоянную времени τ:
τ = />= />=0,245 мкс.
Значение емкости определяемпо формуле:
С =/>=/>=0,0068 мкФ.
Используястандартный ряд емкостей выбираем емкость конденсатора 0,0068 мкФ.
2.5.2 Расчет и выборпредохранителей
Для защитытиристорного преобразователя от внутренних коротких замыканий во вторичнуюобмотку трансформатора поставим предохранители.
Находим амплитудноезначение базового тока короткого замыкания по формуле
I2кm= />, (2.18)
где U2тф — амплитуда фазногонапряжения вторичной обмотки трансформатора;
Х2к -индуктивноесопротивление, приведенное к вторичной обмотке трансформатора;
r2к -активноесопротивление, приведенное к вторичной обмотке трансформатора.
Находим полное,активное и индуктивное сопротивления вторичной обмотки трансформатора [4,стр.105]:
Z2к =/>, (2.19)
где UK%-напряжениекороткого замыкания, из табл. 2.1
U2ЛН -линейноенапряжение вторичной обмотки трансформатора;
По формуле 2.19имеем: Z2к =/>= 0,0595Ом.
Активное сопротивление,приведенное к вторичной обмотке трансформатора
r2к = />, (2.20)
где Ркз-мощность короткого замыкания, из табл. 2.1; I2фН-ток вентильнойобмотки.
По формуле 2.20имеем: r2к = /> = 0,030 Ом.
Индуктивноесопротивление, приведенное к вторичной обмотке трансформатора
Xк2=/> , (2.21)
где Z2к -полноесопротивление, приведенное к вторичной обмотке.
По формуле 2.21имеем: Xк2=/>=0,0514 Ом.
По формуле 2.18: I2кm= />= 3008 А.
Для нахожденияударного тока внутреннего короткого замыкания определяем коэффициент k1 по [4, рис.1-129а]в зависимости от ctg φк:
ctg φк = /> = />= 0,5837→ k1= 0,3.
Ударный токвнутреннего короткого замыкания
Iуд = k1∙ I2кт= 0,3∙3008 =902 А.
Выбираем плавкийпредохранитель, исходя из условий:
— номинальноенапряжение предохранителя должно соответствовать напряжению цепи, в которой онустановлен;
-номинальный токпредохранителя должен быть больше максимального рабочего тока, протекающегочерез него;
-номинальный токплавкой вставки должен быть больше или равен максимальному рабочему току,протекающего через него.
Выбираемпредохранитель ПР10-82-1000.
Проверкапредохранителя на срабатывание при коротком замыкании
3∙Iплавст .
3∙82 = 246А
Параметры выбранногопредохранителя необходимо сводим в таблицу (см. п. 2.5.3.).
2.5.3 Расчет и выборавтоматического выключателя
Для защитытиристорного преобразователя от внешних коротких замыканий в первичную обмоткутрансформатора устанавливают автоматический выключатель.
Для вычисленияударного тока внешнего короткого замыкания определяем коэффициент k2 по [4, рис.1-127а]в зависимости от ctg φк:
ctg φк = />= 0,5837→ k2= 0,7.
Ударный токвнутреннего короткого замыкания:
Iуд2 = k2∙ I2кт= 0,7∙3008=2105А.
Автоматическийвыключатель выбирают из условий:
-номинальный токавтомата должен быть больше рабочего тока первичной обмотки трансформатора: I1=/>= />= 39,5 А;
-номинальноенапряжение автомата должно быть больше или равно сетевому напряжению;
-число полюсов должнобыть равно числу фаз питающей сети;
-номинальный токтеплового расцепителя должен быть больше рабочего тока I1;
-номинальный токэлектромагнитного расцепителя должен быть больше рабочего тока I1;
-ток срабатыванияэлектромагнитного расцепителя должен быть меньше действующего значения ударноготока внешнего короткого замыкания протекающего через выключатель Iуд2/ />∙kmp, т.е. 2105/1,41∙1,73=860А,условие 250А
-ток термическойустойчивости должен быть больше тока внешнего короткого замыкания Iуд2/ kmp, в нашем случае2105/1,73= 1217А
Выписываем параметрывыбранного автоматического выключателя в таблицуТок плавкой вставки, А 82 Тип автоматического выключателя АЕ Номинальный ток автомата, А 50 Номинальное напряжение, В 1000 Число полюсов 3 Номинальный ток теплового расцепителя, А 50 Номинальный ток электромагнитного расцепителя, А 50 Ток срабатывания электромагнитного расцепителя, А 250 Ток термической устойчивости, А 3500
3. ВЫБОР СТРУКТУРЫ ИОСНОВНЫХ УЗЛОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ
Система управленияпреобразовательным устройством предназначена для формирования и генерированияуправляющих импульсов определенной формы и длительности, распределения их пофазам и изменения момента подачи на управляющие электроды вентилейпреобразователя. В настоящее время широкое распространение получили электронные(полупроводниковые) системы управления вентильными преобразователями, так какони имеют ряд преимуществ перед электромагнитными системами: высокоебыстродействие, надежность, малая потребляемая мощность и малые габариты.
Системы управления,в которых управляющий сигнал имеет форму импульса, фазу которого можнорегулировать, называют импульсно-фазовыми.
Системы управлениявыполняют по синхронному и асинхронному принципам.
Синхронный принципимпульсно-фазового управления преобразователями является наиболеераспространенным. Его характеризует такая функциональная связь узлов СУ,предназначенных для получения управляющих импульсов, при которой синхронизацияуправляющих импульсов осуществляется напряжением сети переменного тока.
Асинхронные системыуправления преобразователями применяются при существенных искажениях напряженияпитающей сети, в частности при значительной несимметрии трехфазных напряженийпо величине и фазе. Использование в таких условиях синхронной системыневозможно ввиду получающейся недопустимой асимметрии в углах а по каналамуправления тиристорами. Наиболее распространены асинхронные СУ впреобразователях, потребляющих мощность, соизмеримую с мощностью питающей сети.В данном проекте необходимо использовать синхронную систему управления.
Существуют системыуправления, построенные по горизонтальному и вертикальному принципу.Горизонтальное управление не нашло широкого распространения, так как мостовыефазовращатели критичны к форме и частоте подаваемого напряжения. Из-за этоговыбираем систему управления, построенную по вертикальному принципу.
Функциональная схемаСИФУ изображена на рис 3.1 и содержит:
ИСН — источниксинхронизирующего напряжения (трехфазный трансформатор);
ГОН — генераторопорного напряжения;
Н01, Н02-нуль-органы;
УИ — усилительимпульсов;
ВУ — выходноеустройство;
ФИ — формировательимпульсов;
УО- управляющийорган.
/>
4. РАСЧЕТ И ВЫБОРОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ (СИФУ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Для расчета основныхэлементов системы импульсно-фазового управления (СИФУ) преобразователя принимаемдля конструирования цифровые микросхемы серии К176, а аналоговые типа К140УД8А.
Микросхемы серии К561.Параметры Значения 1 2
Напряжение источника питания, В
Напряжение логического нуля, В
Напряжение логической единицы, В
Входной ток, мкА
Ток потребления, мА
10
1,0
9,0
± 0,3
20…250
Микросхема К140УД8А.Операционный усилитель общего назначения с полевыми транзисторами во входномкаскаде и внутренней частотной коррекцией.Параметры Значения 1 2
Напряжение источника питания, В
Ток потребления, мА
Входной ток, нА
Разность входных токов, нА
Выходное напряжение положительного уровня, В
Выходное напряжение отрицательного уровня, В
Коэффициент усиления напряжения, В
Сопротивление нагрузки, кОм
± 15
5
≤ 0,2
≤ 0,02
10
-10
≥ 50 000
2
4.1 Расчет и выборгенератора опорного напряжения
Для работы СИФУиспользуется косинусоидальное или линейное пилообразное опорное напряжение,максимальное значение которого должно находиться в точках естественнойкоммутации вентилей.
Выбираем генераторопорного косинусоидального напряжения (рис 4.1). Он состоит из трансформаторасинхронизации (ИСН), действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки U2m = 15 В, иинвертирующего усилителя (на основе операционного усилителя).
Чтобы максимальноезначение опорного напряжения находилось в точках естественной коммутациивентилей, берем напряжение последующей фазы трансформатора синхронизации иинвертируем его с помощь инвертирующего усилителя. Этим достигается нужныйсдвиг косинусоиды на 60°.
/>
Рис 4.1.Электрическая схема генератора опорного напряжения.
Выбираем Rз=R4=12 кОм, тогдакоэффициент передачи усилителя на ОУ будет равен единице, т.к. дляпропорционального П-регулятора собранного на DA1.1 преобразованиевходного сигнала осуществляется с коэффициентом k=R4/R3=12/12=1.
Амплитудное значениеопорного напряжения на входе инвертора
Uоnm=(1,1… 1,2)∙Uзад max= (1,1… 1,2)∙10= 12 В. Для соответствия напряжения U2m с Uоnm на входе инвертораставим делитель напряжения (R1, R2). Тогда коэффициент передачиделителя напряжения:
Kд= />=/>=0,8.
Так как делительнапряжения является источником по отношению к инвертирующему усилителю, тодолжно выполняться условие R1+R2«R3.
Принимаем значение R2 в пределах 820Ом… 1,0 кОм, т.е. R2= 910 Ом и из соотношения
Кд=/> получаем R1= R2∙/>=910/>≈ 227,5 Ом.
Из стандартного рядавыбираем значение R1=230 Ом.
4.2 Расчет и выборнуль-органа
С помощьюнуль-органа опорное напряжение генератора сравнивается с управляющимнапряжением Uynp преобразователя. Когда опорное напряжение в(процессе его увеличения или уменьшения) достигает напряжения Uynp на выходенуль-органа возникает импульс, который поступает на формирователь отпирающихимпульсов. Принципиальная электрическая схема нуль-органа представлена на рис. 4.2.
/>
Рисунок 4.2.Электрическая схема нуль-органа.
Выбираем R5=R6=12 кОм. Амплитудноезначение опорного напряжения равно 12В, а максимальное напряжение управления равно10В. Максимальное значение их разности составляет 22В, что превышаетмаксимально допустимое значение входного напряжения ОУ. Поэтому для защиты ОУставим два диода, включенных встречно-параллельно. Выбор диодов производим попрямому току и по максимальной величине обратного напряжения с коэффициентомзапаса равным 2. Выбираем по [8] тип диода и записываем его параметры.
Из справочника выписываем технические данныеприменяемых полупроводниковых диодовТип диода
Iдоп., мА
Uобр., В КД521В 50 50
Проверяем диод по параметру Uобр. Для данной схемыдиод должен удовлетворять условию Uобр> 22∙2=44В. В данном случаи условие соблюдается, так как 50> 44 В.
Определим прямой ток: Iпр=/>= 0,00092А=0,92 mA. Условие Iдоп= 50mA>Iпр=0,92 mA – выполняется.
4.3 Расчет и выбор формирователя длительностиимпульсов и элементов согласования с логикой
Формировательдлительности импульсов служит для формирования отпирающих импульсовопределенной длины, которые после усилителя поступают на управляемый тиристор.
Принципиальнаяэлектрическая схема формирователя длительности импульсов и элементовсогласования с логикой представлена на рис.4.3.
/>
Рисунок 4.3.Формирователь длительности импульсов
Формировательимпульсов собран на ОУDА2.1. Он представляет собой дифференцирующеес замедлением звено, который описывается уравнением
h(t) = />,
где Т1= С1∙R8, Т2 = С1∙R7-постоянныевремени.
Вход данной цепиподключен к нуль-органу и переход напряжения на входе составляет ∆Uвх=2Uоу нас.
Величину напряженияимпульса принимаем равным Uynp=9 В.
Для нормальногооткрывания тиристоров необходимо обеспечить длительность импульса 7° -10º.
Время импульсасоставляет:
tu= />=0,39÷0,56 мс.
Принимаем tu =0,5мс.
Скачёк напряжения навыходе формирователя длительности импульсов в момент переключения нуль-органапримем: Uumax=12B.
В начальный моментвремени t=0, подставив в переходную функцию получим:
Uупр max=/>∙ ∆Uвх.
Отсюда
/>= Uупр max/∆Uвх.
Далее, подставляя всоотношение
Uвых= ∆Uвх ∙/> значения Uвых=Uynp, Uвых=∆Uвх =26В; /> и время t=tu=0,5мc, находим Т2:
Т2= –/>=–/>= 1,74 мс.
Принимаем величину С1=82...150нФ,берём С1= 110нФ= 1,1∙10-7Ф определяем сопротивлениеR7
R7 = /> =/>=15820 Ом и выбираем ближайшеестандартное значение
R7= 16 кОм.
Из соотношения /> = /> рассчитываемзначение R8:
R8=/>∙16= 7,38 кОм, принимаем R8= 7,5 кОм.
Из критерия величинынагрузки для ОУ выбираем R9=9,1 кОм.
Для согласованиясигналов формирователя длительности импульсов по уровню и знаку с логическимиэлементами служит стабилитрон VD3, напряжение стабилизации Ucmкоторого выбирают впределах 10… 12 В, выбираем стабилитрон Д814В у которого напряжениестабилизации Uст=10,2 В.
Выбираем величинысопротивлений инвертирующего усилителя, собранного на ОУ DA2.2, исходя из того,что необходимо получить коэффициент передачи равный единице. Принимаем R10=R11=12 кОм.
4.4 Расчет и выборусилителя импульсов
Мощность сигнала,получаемого из выхода формирователя длительности импульсов мала. Усилительимпульсов предназначен для усиления импульсов перед их подачей в цепьуправляющего электрода силового тиристора.
Принципиальнаяэлектрическая схема усилителя импульсов представлена на рис.8.
/>
Рисунок 4.4.Электрическая схема усилителя импульсов
На схеме (рис.4.4)ТЗ-импульсный трансформатор с числом витков w1=225 и w2= 150. Исходя изэтого коэффициент трансформации равен
kmp= />=/>=1,5.
Величина напряженияимпульса
Uупр =/>=/>= 10 В.
Зная величину токауправления открытия (табл.2.2) тиристора Iупр, находимсопротивление цепи управления
Rцу=/>=/>=33,3 Ом.
Падение напряженияна управляющем электроде VS1.1 и диоде принимаем по 0,7В, отсюданаходим их эквивалентное сопротивление
Rэ= />=4,66 Ом.
Для ограничения токауправления VS1.1 необходимо сопротивление
R15= Rц.y. — Rэ=33,3 -4,66 = 28,6Ом, которое выбирают из стандартного ряда, т.е. R15=30 Ом. Выбираемстабилитрон VD6 по требуемому напряжению стабилизации 6,8 В из [8] – Д815Б.Диод VD7 выбирают по прямому току и обратному напряжению скоэффициентом запаса равным 2.
Из справочника выписываем технические данныеприменяемых полупроводниковых диодов.Тип диода
Iдоп., мА
Uобр., В КД208А 1000 100
Проверяем диод по параметру Uобр. Для данной схемыдиод должен удовлетворять условию Uобр> 10∙2=20В. В данном случаи условие соблюдается, так как 100В > 20 В.
Прямой ток: Iпр=300 mA. Условие Iдоп= 300mA>Iпр=300 mA – выполняется.
Находим токпервичной обмотки импульсного трансформатора:
I1 = />=/>=200мА.
Требуемыйкоэффициент передачи базового тока транзисторов VT1, VT2:
h=/>=/>=1600, h21= />=/>=40,
где Iб — выходной токэлемента ИЛИ – НЕ, для К561ЛЕ5 – Iб = 0,25 мА;
По [9] выбираемтранзистор и выписываем его параметры Iкmах, h21э, Uкэнас,
Uкэmax. Выбираемтранзистор КТ603А (п-р-п): Iкmах = 300мА, h21 = 20, Uкэнас = 1В, Uкэmax = 30В.
Пересчитываембазовый ток VT1:
Iб = />=/>= 1мА.
Рассчитываемсопротивление R14:
R14= />=/>=46,7 Ом.
Рассчитываемсопротивление R12:
R12 ≤ />=/>=9 кОм.
где Uвх — напряжение навходе устройства равное U/>элемента ИЛИ-НЕ; Iб -базовый токтранзистора VT1.
Для уменьшенияначального тока коллектора транзистора VT2 между базой иэмиттером ставим сопротивление R13=820 Ом… 1,5 кОм, принимаем R13= 1 кОм.
Диод VD5 выбираем из [8] попрямому току и обратному напряжению с коэффициентом запаса равным 2 ивыписываем его параметры.
Из справочника выписываем технические данныеприменяемых полупроводниковых диодов.Тип диода
Iдоп., мА
Uобр., В КД208А 1000 100
Проверяем диод по параметру Uобр. Для данной схемыдиод должен удовлетворять условию Uобр> 15∙2= 30В.В данном случаи условие соблюдается, так как 100В > 30 В.
Прямой ток: Iпр=I1 =200 mA. Условие Iдоп= 1000mA>Iпр=200 mA – выполняется.
Для защитыбазо-эмиттерного перехода транзистора VT1 от обратного напряжения ставим диод VD4, которыйвыбирается также как VD5.
Из справочника выписываем технические данныеприменяемых полупроводниковых диодов.Тип диода
Iдоп., мА
Uобр., В КД521В 50 50
Проверяем диод по параметру Uобр. Для данной схемыдиод должен удовлетворять условию Uобр> 2∙2= 4 В.В данном случаи условие соблюдается, так как 50> 4 В.
Прямой ток: Iпр=1 mA. Условие Iдоп= 50mA>Iпр=1 mA – выполняется.
4.5 Расчет и выборуправляющего органа
трансформатор тиристор импульсный дроссель
Принципиальная схемауправляющего органа представлена на рис. 4.5.
/>
Рис.4.5.Электрическая схема управляющего органа
На входеограничителя, выполненного на операционном усилителе DA3.1, стоитсопротивление выхода регулятора тока якоря Р16=5,1кОм и транзистор(элемент схемы защиты).
Принимаем R17=15 кОм. Тогда дляобеспечения коэффициентов передачи сумматора равных единице должно выполнятьсяусловие:
R18 = R20 =R17 + R16= 15+5,1≈ 20 кОм
Далее аналогичновыбираем: R21=R22=R24= 20 кОм.
Так как R18 и R22 — нагрузка дляделителей R19 и К23, соответственно, то выбираем R19=R23 в 5 -10 раз меньшезначения R18 и R22. Принимаем R19=R23 = 2 кОм.
Стабилитроны VD7 и VD8 рассчитываются изусловий ограничения управляющего напряжения, чтобы оно не превысило опорноенапряжение, и из условия получения максимального и минимального угловоткрывания тиристоров. Принимаем аmin =10°, тогда:
Ucm=Uоп max∙cos аmin =10∙cos 10° ≈ 9,85В.
По [8] выбираемстабилитроны серии КС191Ф с напряжением стабилизации Uст.ном=9,1В. Учитываяпрямое падение напряжения на втором стабилитроне, получаем Ucm=9,1+0,7=9,8 В.
Пересчитываем угол
аmin = arccos/> arccos/>≈ 11,48º.
Таким образом,значения действительного и принятого угла управления аmin оказались близки.
4.6 Описание работы СИФУ
Для работы СИФУиспользуется косинусоидальное опорное напряжение, максимальное значениекоторого должно находится в точках естественной коммутации вентилей.
Чтобы добиться этогонеобходимо напряжение последующей фазы и проинвертировать. Этим достигаетсянужный сдвиг косинусоиды на 60° относительно напряжения соответствующей фазы(-120° +180° = 60°).
Каждый изформирователей импульсов вырабатывает импульсы для четырех вентилей (двавентиля в выпрямительной и два — в инверторной группах).
На прямые входы ОУ DА2.1 и DA2.2 поступаетопорное напряжение, на инвертирующие входы DA2.1- отрицательноенапряжение управления Uynp, а на DA2.2 — положительное+ Uynp. Когда напряжениеуправления становится больше опорного напряжения Uоп DA2.1 переключается с+Uнас на — Uнac и на выходе DA3.1 появляетсяположительный импульс. Он поступает на DD 1.1 и при наличиисигнала разрешения работы вентилей сигнал поступает на DD3.1, далее с выхода DD4.1 поступает наусилитель импульсов. С последнего сигнал идет на тиристоры VS1.1 и VS1.6.
На второй вход DD3.1 подаютсяимпульсы с канала управления тиристором VS1.2, которыесдвинуты на 60° относительно импульсов, формируемых каналом управлениятиристором VS 1.1.
Когда напряжение Uon становится больше Uynp DA2.1 переключается с-UHac на + UHac, то на выходе DA3.1, появляетсяотрицательный импульс, который затем инвертируется DA4.1 и подается на DD1.4. Далее приналичии сигнала разрешения на работу вентилей сигнал поступает на DD3.4, с выхода DD4.4 на усилительимпульсов. С последнего сигнал идет на тиристоры VS2.1 и VS2.6.
Каналы управленияостальных вентилей работают аналогично.
5. РАЗРАБОТКА ЗАДАТЧИКА ИНТЕНСИВНОСТИ
5.1 Расчет и выборэлементов задатчика интенсивоности
Предполагаемаяпринципиальная электрическая схема задатчика интенсивности изображена на рис. 5.1.
/>
Рис. 5.1.Электрическая схема задатчика интенсивности (предполагаемая).
Необходимые данныедля расчета задатчика интенсивности берем из задания на курсовой проект: tn; Uзад mах=10В; Uвых mах=10В.
Рассчитываеминтегратор на (ОУ DA1.2).
Конденсатор C1 должен бытьнеэлектролитическим; емкость конденсатора C1 принимаем равной C1=1,0… 2,2 мкФ,т.е. С1= 1,6 мкФ.
Выбираем по [8]стабилитроны с Uстaб=6,8… 9,1 В.Выбираем стабилитроны серии КС191Ф с напряжением стабилизации Uст.ном=9,1В. Учитываяпрямое падение напряжения на втором стабилитроне, получаем
U1=Ucm= Ucmaб VD1+ UnpVD2 = =9,1+0,7=9,8 В.
Из формулы
Uвых =/>∙tn
находим R3.
R3= />=5 512 500 Ом.
Так как значение R3 получилось более1,0 МОм., то для его уменьшения ставим делитель напряжения. Принимаем />=510 кОм… 1,0 Мом,т.е. />=620 кОм
Находим уровеньнапряжения />:
/>= />=/>= 1,1 В.
Выбираем R6 и R7 из условий:
(R6+R7)«R/> и (R6+R7)≥Rн min
где Rн min =2 кОм — минимальноесопротивление нагрузки выбранного ОУ.
Обычно принимают (R6+R7)≤0,05 R/>. Тогда принимая R6=2,2… 5,1 кОм,т.е. R6=3,9 кОм находим
R7 = />= />= 493 Ом
и выбираемстандартное R7 = 510 Ом.
Проверяем условия:
(R6+R7)=(3,9+0,51)= 4,41кОм≤0,05 R/>=0,05∙620= 31кОм – выполняется;
(R6+R7)=(3,9+0,51)= 4,41кОм ≥Rн min = 2 кОм – выполняется.
Принимая значениесопротивлений R1=R2=R4=12 кОм, рассчитываем и выбираемсопротивление R5:
R5= />=/>=12 кОм.
Окончательная схемазадатчика интенсивности имеет вид (рис 5.2).
/>
Рис. 5.2.Электрическая схема задатчика интенсивности.
5.2 Описание работызадатчика интенсивности
Задатчикинтенсивности формирует плавное изменение задающего сигнала при переходе отодного уровня к другому, т. е. создает линейное нарастание и спад сигнала.
Первый ОУ DA1.1 работает безобратной связи, но с ограничением выходного напряжения U1 и имеетхарактеристику прямоугольной формы.
Второй ОУ DA1 .2 — интегратор спостоянным темпом нарастания.
Третий ОУ DA2.1- формируетотрицательное напряжение обратной связи U3.
При подаче на входзадающего напряжения Uзад напряжение на выходе линейно нарастает.
В момент времени t= tnycкa (|UOC| = |Uзад| ) интегрированиепрекращается и выходное напряжение остается на уровне
Uвых = /> Uзад=/> Uзад= Uзад.
6. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕРЕГУЛИРОВОЧНОЙ И ВНЕШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТП
Регулировочнаяхарактеристика СИФУ при косинусоидальном опорном напряжении определяетсявыражением
а = arccos/>. (6.1)
Регулировочнаяхарактеристика ВГ при не учете внутреннего сопротивления преобразователя имеетвид
Ud=Ud0∙cosa, (6.2)
где Udo — наибольшаявеличина среднего выпрямленного напряжения.
/>=ku= 0,427. Udo= 118,3/0,427 = 277В.
Тогда характеристикауправления ТП в целом при косинусоидальном опорном напряжении определяетсявыражением
Ud = Ud0∙cos(arccos/>) = Ud0∙/>. (6.3)
Задавая значения Uynp в пределах от -10 Вдо +10 В, рассчитываем и строим характеристику управления ТП. Результатырасчета характеристики управления ТП представлены в таблице 6.1.
Результаты расчетахарактеристики управления
Таблица 6.1.
Uynp, В -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 а, град 146,443 138,591 131,811 125,686 120,000 114,625 109,472 104,478 99,594 94,781
Ud,B -230,8 -207,75 -184,67 -161,58 -138,5 -115,4 -92,3 -69,25 -46,2 -23,08 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 90,000 85,220 80,406 75,523 70,529 65,376 60,000 54,315 48,190 41,410 33,557 23,08 46,2 69,25 92,3 115,4 138,5 161,58 184,67 207,75 230,8
Пример расчета а и Ud для значения Uynp= 7 В.
а = arccos/>=54,315º; Ud = = 277∙/>=161,58 В.
Внешняяхарактеристика ТП — это зависимость среднего значения выпрямленного напряженияот тока нагрузки. Для управляемого выпрямителя при активно-индуктивной нагрузкевнешняя характеристика рассчитывается по формуле
Ud=Udocosa– /> –Id∙r2K–N∙∆Uпр, (6.4)
где Udo — наибольшаявеличина среднего выпрямленного напряжения;
а — угол управлениятиристорами;
р – количествопульсаций, принимаем по (/1/, табл. 2.1), р =6;
Id — ток нагрузки;
ха — анодное индуктивное сопротивление. В нашем случае ха=х2к;
г2к-активное сопротивление трансформатора, приведенное к вторичной обмотке; ∆Uпр — прямое падениенапряжения на открытом вентиле, ∆Uпр = Uoc.u=2 B(см. табл. 2.2)
N — количество вентилейодновременно обтекаемых током, для мостовой схемы N=2.
Внешниехарактеристики ТП рассчитываем и строим для напряжения Uзад=-3,0В, котороеуказано в задании на курсовой проект.
Считая, что Uзад =Uynp по форм. (6.1)находим угол управления тиристорами. Ток нагрузки Idизменяем от — IdH до + IdH.
Пример расчета а и Ud для одного значенияUзад = -3,0В и тока
Id = Idн= 76,2А:
а = arccos/>= arccos/>=104,478º;
Ud=277∙cos104,478º– /> +76,2∙0,021–2∙2=-68,3 В.
Результаты расчетавнешних характеристик помещаем в таблицу 7.2.
Таблица 7.2 — Результаты расчета внешних характеристик
Id, A -76,2 -60 -45 -30 -15
Uзад1=-10 В
a1=146 град
Ud,B -229,9 -230,9 -231,9 -232,9 -233,9
Uзад2= -5 В
a1=114 град
Ud,B -114,5 -115,5 -116,5 -117,5 -118,4
Uзад3= -3 В
a1=104 град
Ud,B -68,3 -69,3 -70,3 -71,3 -72,3
Uзад4= 2 В
a1=80,4 град
Ud,B 47,1 46,1 45,1 44,1 43,1
Uзад5= 5 В
a1=65,4 град
Ud,B 116,4 115,3 114,3 113,4 112,4
Uзад6= 10 В
a1=33,6 град
Ud,B 231,8 230,7 229,8 228,8 227,8 15 30 45 60 76,2 -234,8 -235,8 -236,8 -237,8 -238,7 -239,8 -119,4 -120,4 -121,4 -122,3 -123,3 -124,4 -73,3 -74,2 -75,2 -76,2 -77,2 -78,2 42,2 41,2 40,2 39,2 38,3 37,2 111,4 110,4 109,5 108,5 107,5 106,5 226,8 225,9 224,9 223,9 222,9 221,9
/>
Рисунок 6.1.Регулировочная характеристика ТП.
/>
Рисунок 6.2. Внешниехарактеристики ТП.
7. РАСЧЕТЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
7.1 Расчет полной,активной и реактивной мощностей
Активная мощность,потребляемая ТП в номинальном режиме
P1н= 3∙U1∙I/>∙cos/>, (7.1)
где U1 — действующеезначение фазного напряжения с учетом всех его гармоник, U1 =220 В;
I/>-действующее значение первойгармоники тока, соответствующее номинальному току нагрузки
I/>=/>, (7.2)
где Idн — номинальноезначение тока нагрузки; kmp — коэффициент трансформациитрансформатора;
/>-угол отставания основной гармоники тока.
Угол сдвига /> первой гармоники потребляемого токаотносительно напряжения питания определяется по формуле [11, форм.6.62]:
/>≈ aн+/>, (7.3)
где aн — угол управленияпри номинальном режиме работы электродвигателя
aн = arccos/>; (7.4)
γ — угол коммутациивентилей
γ = arccos/>, (7.5)
где ха — анодное индуктивное сопротивление. В нашем случае ха = х2к;
U2 — фазное напряжениевторичной обмотки трансформатора.
По формуле 7.4,имеем aн = arccos/>= 42,2º.
По формуле 7.5: γ = arccos/>=2,03º.
По формуле 7.3: />≈ 42,2+/> = 43,2º.
По формуле 7.2: I/>=/>= 32,13А.
По формуле 7.1: P1н= 3∙205∙32,13∙cos43,2º=14 404 Вт.
Реактивная мощность,потребляемая ТП в номинальном режиме:
Q1н=3∙U1∙ I/>sin/>=3∙205∙32,13∙sin43,2º=13 527 вар.
Полная мощность,потребляемая ТП в номинальном режиме:
S1=3∙U1∙I1=3∙205∙36,6= 22 509 В∙А.
где I1 — действующеезначение тока первичной обмотки трансформатора.
7.2 Расчет мощностиискажений
Мощность искаженийопределяем по формуле
Т1= /> (7.6)
где S1 – полная мощность,потребляемая ТП; Р1н –активная мощность, потребляемая ТП, вноминальном режиме;
Q1н-реактивнаямощность, потребляемая ТП, в номинальном режиме.
Т1= />= 10780 В∙А.
7.3 Расчет КПД икоэффициента мощности
Коэффициентполезного действия (КПД) преобразователя характеризуется отношением активноймощности, отдаваемой в нагрузку, к полной мощности, потребляемойпреобразователем.
КПД преобразователяопределяется по формуле
/>, (7.7)
где Pd — мощность,потребляемая электродвигателем,
Pd = Pdн /η=15000/0,895=16760Вт;
∆Р- суммарнаямощность потерь в преобразователе. Суммарная мощность потерь в преобразователе
∆Р = ∆Рв+ ∆Рупр + ∆Рmp, (7.8)
где ∆Рв — потери в вентилях
∆Рв=п∙∆U∙Ia1, (7.9)
где n-количество вентилейв схеме выпрямителя, n =6;
∆U -прямое падениенапряжения на вентиле, ∆U = 2В;
Ia1 -средний ток ввентиле, Ia1 =IdН /3=76,2/3=25,4 А;
∆Рупр — мощность, потребляемая системой управления. Принимаем
∆Рупр = 0,5% ∙ Рd= 0,5∙15000/100=75 Вт;
∆Рmp -потери в силовомтрансформаторе
∆Рmp=∆Рcm+∆РM (7.10)
где ∆Рcm — потери в сталитрансформатора, ∆Рcm =Рхх; ∆РM -потери в медитрансформатора
∆РM = Рк.з∙/>=420∙/>=291,4 Вт.
По формуле 7.10: ∆Рmp= 220+291,4 = 511,4Вт.
По формуле 7.9: ∆Рв=6∙2∙25,4 = 304,8 Вт.
По формуле 7.8: ∆Р =304,8+75+511,4 = 891,2 Вт.
По формуле 7.7: />= 0,950.
Коэффициент мощностиχ определяетсяотношением активной мощности, потребляемой преобразователем, к полной мощностии характеризует использование питающей сети.
Коэффициент мощностиχ определяем поформуле:
χ = /> , (7.11)
где Р1н — активная мощность, потребляемая ТП, в номинальном режиме; S1 — полная мощность,потребляемая ТП, в номинальном режиме.
χ = />=0,640.
8. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ УКАЗАННОМ НАПРЯЖЕНИИ ЗАДАНИЯ
Для указанного взадании напряжения Uзад = -3 В рассчитываем угол управлениятиристорами а (по форм. 6.1) и угол коммутации вентилей γ (по форм.7.5):
а = arccos/>= arccos/>=104,478º;
γ = arccos/>=0,86º.
Так как уголкоммутации вентилей менее 5°, то при построении последующих графиков его неучитываем.
Строим графиквыходного напряжения на нагрузке выпрямительной группы по данным таблицы 7.2.
Диаграммынапряжений, поясняющих работу отдельных блоков СИФУ представлена на рис. 8.1.
/>
Рис.8.1. Диаграммы,поясняющие работу СИФУ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Анхинюк В. Л., Опейко О. Ф. Проектированиесистем автоматического управления электроприводами. Мн.: Вышэйш. шк., 1986.
2. Комплектные тиристорные электроприводы:Справочник/ И. X. Евзеров, А. С. Горобец, Б. И. Мошкович и др.; Под ред.канд. технических наук В. М. Перельмутера. — М.: Энергоиздат, 1988.-319с.: ил.
3. Тиристоры: Справочник /О.П.Григорьев,В.Я.Замятин, Б. В. Кондратьев, С. Л. Пожидаев. — М.: Радио и связь, 1990. — 272с.: ил.
4. Справочник по проектированию электроприводаи систем управления технологическими процессами /Под ред. В. И. Круповича, Ю.Г. Барыбина,
М. Л. Самовера. Изд. 3-е, перераб. и доп. — М.: Энергоиздат, 1982. -486с., ил.
5. Силовые полупроводниковые приборы:Справочник / О. Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недшивин. — 2-е изд.,перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1985. -400с., ил.
6. Цифровые микросхемы: Справ. / М. И.Богданович, И. Н. Грель, В. А. Прохоренко, В. В. Шалимо. — Мн.: Беларусь, 1991-493с., ил.
7. Аналоговые интегральные схемы: Справочник /А. Л. Булычев, В. И. Галкин, В. А. Прохоренко. — 2-е изд., перераб. и доп. — Мн.: Беларусь, 1993.-382с.: черт.
8. Диоды: Справочник / О. П. Григорьев, В. Я.,Замотин Б. В. Кандратьев, С. Л. Пожидаев. — М.: Радио и связь, 1990. — 336с.:ил.
9. Транзисторы для аппаратуры широкогоприменения: Справочник / К. М. Брежнева, Е. И. Гантман, Т. И. Давыдова и др.Под ред. Б. Л. Перельмана. — М.: Радио и связь, 1981. — 656с., ил.
10. Забродин Ю. С. Промышленная электроника:Учебник для вузов. -М.: Высш. школа, 1982. -496с., ил.
11. Чернов Е.А., Кузьмин В.П. Комплектныеэлектроприводы станков с ЧПУ: Справочное пособие. — Горький: Волго-Вятское кн.изд-во, 1989. -320 с., ил.
12. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./Под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клочкова. Т. 1. -М.: Энергоатомиздат, 1988.-456 с., ил.
13. Справочник по автоматизированномуэлектроприводу. /Под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского.- М.:Энергоатомиздат, 1983. -616 с., ил.