Практична робота № 4

Тема: Розрахунок та вибір основних елементів силових ланцюгів

тиристорного перетворювача

Мета: Навчитися робити розрахунок та вибір основних елементів тиристорного перетворювача.

Хід роботи

1. Для заданого типу двигуна (таблиця 4) розрахувати і вибрати основні елементи тиристорного перетворювача: силовий трансформатор, тиристори та дросель, що згладжує.

2. Розрахувати мінімальний і максимальний кути відмикання тиристорів.

3. Намалюйте схему силового ланцюга тиристорного перетворювача.

4. Зробіть висновок за роботою.

Розрахунок та вибір основних елементів силових ланцюгів

Тиристорного перетворювача

1. Вибір силового трансформатора

Для цього розраховуємо значення вторинної фазної напруги:

де k_u – коефіцієнт, який характеризує відношення напруг U_2ф/U_do у випрямлячі згідно таблиці 1;

k_C = 1,05÷1,1 – коефіцієнт запасу за напругою, який враховує зниження напруги мережі до U = 0,8U_н;

k_ = 1,05÷1,1 – коефіцієнт запасу, який враховує не повне відкриття вентилів при максимальному керуючому сигналі;

k_R = 1,05 – коефіцієнт запасу за напругою, який враховує падіння напруги у обмотці трансформатора, вентилях та за рахунок перекриття анодів;

U_dн = U_н – номінальна випрямлена напруга ТП, приймаємо рівною напрузі двигуна.

Таблиця 1 – Основні показники схем випрямлення

Тип схеми випрямлення	Коефіцієнти
Однофазна мостова	1,11	1	11	1,57
Трифазна с нульовим виводом	0,855	0,577	1,345	2,09
Трифазний зигзаг с нульовим виводом	0,855	0,577	1,46	2,09
Трифазна мостова	0,425	0,815	1,045	1,045

Розрахункове значення струму вторинної обмотки

де k₁ = 1,05÷1,1 –коефіцієнт, який ураховує відхилення форми анодного струму вентилів від прямокутної;

k_i – коефіцієнт схеми, який характеризує відношення I₂/I_d , згідно таблиці 2;

I_dн – номінальний струм перетворювача (двигуна).

Коефіцієнт трансформації напруги

де U_л1 – напруга на первинній стороні трансформатора, в залежності від живильної мережі;

U_л2 – напруга на вторинній стороні трансформатора,

U_л2 = 3U_{2ф розр.}

Діюче значення струму первинної обмотки,

Розрахункова типова потужність трансформатора

де k_s – коефіцієнт схеми, що характеризує

За розрахунковими даними з каталогу необхідно обрати трансформатор згідно умов:

Необхідно виписати наступні параметри трансформатора:

S_н –повна потужність, ВА;

U_л1 - первинна напруга, В;

U_л2 - вторинна напруга, В;

Р_хх – втрати холостого ходу, Вт;

Р_кз – втрати короткого замикання, Вт;

U_кз – напруга короткого замикання, %;

І_хх – струм холостого руху, % .

2. Розрахунок та вибір силових тиристорів.

Середнє значення струму через тиристор, А:

де k_зi = 2÷2,5 – коефіцієнт запасу за струмом, з урахуванням збільшення струму двигуна за час перехідного режиму;

k_ax – коефіцієнт, який враховує інтенсивність охолодження, k_ax = 1 - при примусовому охолодженні, k_ax = 0,3÷0,35 - при природному охолодженні;

m_тр – число фаз трансформатора;

I_dн – струм двигуна.

Максимальна величина зворотної напруги на тиристорі

де k_зн = 1,5÷1,8 – коефіцієнт запасу за напругою, який враховує можливість появи перенапруг на тиристорах;

k_{и зв} - коефіцієнт зворотної напруги для прийнятої схеми;

U_d0 - ЕРС умовного холостого ходу перетворювача при α= 0°, В

де U_2ф - фазна напруга вторинної обмотки трансформатора, В

За розрахунковими даними з каталогу [ 7 ], с. 139 вибираємо тиристори перетворювальної установки згідно умов: ;

де І_{в доп} - максимально допустимий середній струм тиристора за відповідною температурою його корпусу або за типом охолоджувача та прийнятих умов охолодження, А;

U_п - повторювальна напруга вибраного тиристора, В

В установці можуть бути застосовані тиристори з такими паспортними даними:

де І_н.в. - максимальний середній струм, А;

U_{в ст} - напруга на тиристорі у відкритому стані, В;

І²t - захисний показник, кА²с;

R_д - динамічний опір, мОм.

3. Вибір згладжувального дроселя

Згладжувальний дросель, який вмикається послідовно з якорем двигуна, повинен розв'язати дві основні задачі:

- забезпечувати безперервність струму якоря двигуна в певному діапазоні навантажень і частот його обертання;

- обмежувати амплітуду змінної складової струму якоря двигуна до допустимої величини.

Безприривність струму якоря двигуна повинна забезпечуватися в діапазоні І_mіп до І_н та зміні кута регулювання α від α_mіп (25⁰-30⁰) до α_mах. Для цього необхідно, щоб амплітуда змінної складової випрямленого струму була меншою від І_mіп

У тиристорному електроприводі дроселі виконують наступні функції:

• зменшують зону преривистих струмів,

• згладжують пульсації випрямленого струму;

• обмежують струм через тиристори у перший полу період напруги живлення при короткому замиканні на стороні випрямленого струму.

Індуктивність якірного ланцюга

де к - коефіцієнт для некомпенсованих машин постійного струму,

к = 0,1 - для компенсованих машин,

к = 0,5÷0,6 - для некомпенсованих машин;

p – число пар полюсів двигуна.

Індуктивність трансформатора перетворювача

де _м – кутова частота напруги мережі , _м = 314с^-1;

Індуктивність згладжувального дроселя L_{сер розр.} при мінімальному навантаженні реверсивного тиристорного перетворювача та куті регулювання

де е_n - відносне ефективне значення першої гармоніки випрямленої напруги, е_п =0,24;

I_min – мінімальний струм навантаження перетворювача

I_min = (0,05÷0,1)I_н

m – число пульсацій для схем випрямлення;

в - коефіцієнт схеми

для трифазної нульової

для трифазної мостової

Розрахункова індуктивність згладжувального дроселя, необхідна для забезпечення потрібного рівня пульсацій випрямленого струму,

де і_е =0,02÷0,15 - відносне ефективне значення пульсацій першої гармоніки випрямленого струму,

Реактори вибирають за каталогом, виходячи із більшого розрахункового значення індуктивності, та значення випрямленого струму. При цьому повинні виконуватися такі умови:

;

Якщо величина L_сд ≤ 0 то необхідності у згладжувальному дроселі немає. Якщо дросель потрібен, то його обирають за каталогом за наступними параметрами: I_dн та L_сд.

4. Розрахунок потужності і вибір тиристорного перетворювача

Максимальний струм перетворювача I_{дв тах} обираємо згідно умови

де I_{дв mах} - максимальний струм двигуна, А;

I_{дв mах} = 2,5 · I_н

Номінальний струм перетворювача I_dн, А

де λ_дв - перевантажувальна здатність двигуна за струмом;

λ_п - перевантажувальна здатність перетворювача за струмом.

Напруга на виході перетворювача U_dн, В

Виходячи з розрахункових даних вибираємо комплектний реверсивний тиристорний перетворювач

Таблиця 4 – Вихідні данні до практичної роботи №4

Варіант	Тип двигуна	Uмер.,	Pн,	Uн,	Iн,	nн,	Rя,	Діапазон
		В	кВт	В	А	Об/хв	Ом
1	Д12	380	2.5	220	14.6	1140	1.63	10
2	Д21	380	4.5	220	26	1000	0.95	5
3	Д22	380	6.0	220	33	1070	0.57	2
4	Д31	380	8.0	220	44	820	0.42	4
5	Д32	380	12	220	65	740	0.28	10
6	Д41	380	16	220	86	670	0,17	5
7	Д806	380	22	220	116	635	0,1085	2
8	Д808	380	37	220	192	565	0,054	4
9	Д810	6000	55	220	280	540	0,0356	15
10	Д812	6000	75	220	380	500	0,023	5
11	Д814	6000	110	220	550	490	0,0805	10
12	Д816	6000	150	220	740	470	0,094	5
13	Д818	6000	185	220	920	440	0,0056	2
14	Д21	380	5,5	220	31	1400	0,531	4
15	Д22	380	8	220	43,5	1510	0,275	10
16	Д31	380	12,8	220	64	1360	0,3	5
17	Д32	380	18	220	94	1190	0,118	2
18	Д21	380	4	440	12	1220	3,54	4
19	Д31	380	6,7	440	19	875	2,08	10
20	Д41	380	15	440	40	710	0,695	5
21	Д808	380	37	440	96	575	0,210	2
22	Д810	380	55	440	140	560	0,146	4
23	Д812	6000	70	440	176	520	0,099	15
24	Д814	6000	110	440	274	500	0,0324	5
25	Д816	6000	150	440	370	490	0,023	10
26	Д818	6000	185	440	460	450	0,02	5
27	Д22	380	7	440	19,5	1460	1,69	2
28	Д32	380	17	440	45	1190	0,534	4
29	Д806	380	32	440	82	1000	0,205	6
30	Д21	380	5,5	220	31	1400	0,531	4

Контрольні питання

1. Призначення трансформаторів напруги на вході ТП.

2. За якими параметрами обирають тиристори?

3. Які схеми з’єднань тиристорів ви знаєте7 Дайте їм порівняльну характеристику.

4. Які функції виконує дросель?

5. Для чого використовується струмообмежувальний реактор?

6. Які типи захисту використовують у силових колах ТП?

Практична робота № 5

Тема: Розрахунок та вибір апаратів захисту силових ланцюгів

тиристорного перетворювача

Мета: Навчитися робити розрахунок та вибір апаратів захисту тиристорного перетворювача.

Хід роботи

1. Для обраного тиристорного перетворювача у практичній роботі №4 розрахувати і вибрати апарати для здійснення таких видів захисту:

• максимально струмовий захист у ланцюгах змінного і постійного струму;

• від перенапруги тиристорів;

• захист обриву поля.

2. Намалюйте схему силового ланцюга тиристорного перетворювача з апаратами захисту.

3. Зробіть висновок за роботою.

Вибір апаратів захисту та керування ТП
Розрахуємо автоматичні вимикачі на первинній обмотці трансформатора
Номінальний струм розцеплювача автомата Iн розц. повинний бути не менше діючого значення струму захищаємого ланцюга з обліком можливих експлуатаційних навантажень
де кн - коефіцієнт надійності, що враховує розкид характеристик автомата кн =1,2
I1 тр - діюче значення струму первинної обмотки трансформатора
де Sн - номінальна потужність трансформатора, ВА;
U1н - лінійна напруга первинної обмотки трансформатора, В;
Номінальна напруга автомата Uна повинна бути не менше номінальної напруги мережі Uна ≥ Uм =380 В
де Uм - напруга мережі, В
Струм спрацьовування електромагнітного розчеплювача Іуст ем не повинний перевищувати ударний струм тиристора для інтервалу до 10 мілісекунд
де кп - коефіцієнт перевантаження, кп =2
Згідно розрахункових даних вибираємо автомат типа
Ін =		Uн =	Іуст=	Іпр відк =	tвідк=
Розрахуємо автоматичні вимикачі в ланцюзі постійного струму
де Iн - номінальний струм двигуна,,
де Uн -номінальна напруга двигуна,
де λдв - коефіцієнт перевантажувальної здатності двигуна за струмом, λдв =2,5
Згідно розрахункових даних вибираємо автомат типа
Ін =		Uн =	Iуст=
Захист вентилів від перенапруги
Ємкість С1
де Iв.сер -значення струму, що протікає через тиристор перед початком комутації,
Uв.доп -допустиме значення зворотної напруги тиристорів, В
Опір R1
де Iн.в. - номінальний струм вентиля,
Ємкість С2
де U2ф - вторинна фазна напруга трансформатора В
Iо2 - струм холостого ходу трансформатора, приведений до вторинної обмотки,
		Iо2 = Iо1 · ктр =
ктр =		1,83
Iо1 - намагнічувальний струм
І1 -номінальний струм первинної обмотки трансформатора
І01 % - залежність намагнічувального струму в відсотках від І1,
І01% =0,28
кдоп.е - коефіцієнт допустимого перевищення номінальної зворотної напруги
кдоп.е= 1,6			Опір R2
Потужність, розсіювана розрядним опором
де IR - струм розрядного контуру
		IR = 0,25 · Iо2
Напруга на конденсаторі
Обираємо конденсатори згідно умов
			,
До установки застосовуємо конденсатори типа
Сн =		U н=
КБП		Сн =	U н=
Обираємо конденсатори згідно умов
Вибір реле захисту
Захист від максимального струму в ланцюзі якоря двигуна, здіймо реле струму
Струм спрацьовування реле
де кз - коефіцієнт запасу, кз =1,2
Захист від високої напруги на виході перетворювача, виконано а допомогою реле високої напруги
Напруга скидання реле
де к - коефіцієнт запасу, к =1,1
Ud.н -номінальна напруга перетворювача,Ud.н=
Захист від включення лінійного контактора при наявності різниці ЕРС перетворювача і двигуна, який прериває припустиму величину, виконується за допомогою реле
Напруга включення реле
де к1 - коефіцієнт, що враховує припустиму величину різниці
ЕРС, к1 = 0,1
Захист обмотки збудження двигуна від зникнення або істотного зменшення току збудження, виконаний за допомогою реле ослаблення поля
Струм відключення реле при роботі двигуна з номінальним потоком (Ф = const)
де к2 - коефіцієнт , що враховує припустиме значення току збудження при Ф = const,
к2 = 0,9
Iв.н -номінальне значення току збудження,
Струм відключення реле при роботі двигуна з ослабленим потоком
де к3 - коефіцієнт , що враховує припустиме зменшення току збудження при при роботі з ослабленим потоком двигуна, к3 =0,5
Захист обмотки збудження двигуна від максимального струму, виконаний за допомогою реле максимального струму РМТ.
Струм відключення реле
де к4 - коефіцієнт , що враховує припустиме збільшення струму в обмотці збудження

Контрольні питання

1. Які типи захисту використовують у силових колах ТП?

2. Чому використовують автоматичні вимикачі на високій і на низький стороні трансформатора?

3. Для чого до тиристорів підключають R-C ланцюжки?

4. Чому небезпечний обрив ланцюга обмотки збудження?

5. За якими параметрами обирають автоматичні вимикачі?

6. За якими параметрами обирають запобіжники

Практична робота № 6

Тема: Розробка схеми та вибір частотного перетворювача

Мета: Навчитися за технологічними вимогами обирати частотний перетворювач, користуючись спеціальною літературою

Зміст роботи

1. За технологічними вимогами і типом двигуна (таблиця 5) вибрати частотний перетворювач та обґрунтувати свій вибір. Розрахувати параметри ПЧ та вибрати його за каталогом

2. Намалювати силову схему

3. Описати роботу схеми

4. Зробити висновок за роботою.

Вибір частотного перетворювача

1.Розрахунок IGBT транзисторів, які являються силовими елементами

Максимальний струм через ключі інвертора

де Р_ном-номінальна потужність двигуна

к₁- коефициент допустимої короткочасної перевантаження за струмом, к₁ = (1,2-1,5);

к₂-коєфіцієнт допустимої миттєвої пульсації струму к₂=(1,1-1,2);

U_л - лінійна напруга двигуна;

η_н – номінальний к.к.д. двигуна.

Вибираємо транзистори за струмом колектора

2.Розрахунок та вибір діодів

Середня випрямлена напруга діода

де к_сн - коефіциент схеми для номінального навантаження к_сн= 1,35 (для мостової трифазної схеми)

Максимальне значення середнього випрямленого струму

де п - кількість пар IGBT/FWD в інверторі;

Р_т – втрати потужності в транзисторі.

Максимальний робочий струм діода

де К_сс =1,045 – для мостової трифазної схеми;

Максимальна зворотна напруга діода для мостової схеми

де К_с- коефіціент допустимого підвищення напруги мережі, К_с=1,1

К_зн- коефіцієнт запасу за напругою К_зн=1,15

ΔUн - запас на комутаційні виброси напругиу ланцюзі постійного струму,

ΔU_н=(100-150)В;

к_сн - коефіциент схеми для номінального навантаження к_сн= 1,35 (для мостової трифазної схеми).

Діоди вибираються за постійним робочим струмом не менше І_vm і за класом напруги (не менше ніж U_vm/100) c.216[5]

3.Параметри фільтру згладжування

де f_s - частота мережі f_s=50 Гц

S – коефіцієнт згладжування, S =(3-12)

m - пульсність схеми, m=6 (для мостової трифазної схеми)

Індуктивність фільтру

де І_d – струм діода.

Ємкість конденсатора