5 Проектирование полной принципиальной схемы преобразователя

В соответствии с разработанными узлами СИФУ, и рассчитанными элементами, с учетом изменений в схемах этих узлов можно составить принципиальную схему СИФУ.

Для составления полной принципиальной схемы СИФУ необходимо соединить соответствующие выходы и входы различных узлов, учитывая изменения в схемах.

Соответственно изменится и нумерация элементов в схеме. Построенная таким образом полная принципиальная схема СИФУ представлена в графической части (КП 20П3б.ХХ.00.00.000Э3). Перечень элементов разработанной схемы представлен в приложении А (КП 20П3б.ХХ.00.00.000ПЭ3).

6 Расчет и построение внешней характеристики преобразователя

Внешней характеристикой выпрямителя называется зависимость выходной ЭДС выпрямителя Е от тока нагрузки I при постоянном угле открывания тиристоров α , или Е = f(I) при α = cost.

В общем случае, без учета зоны прерывистого тока, внешняя характеристика полуправляемого представляет собой семейство прямых, наклонных к оси абсцисс, описываемых уравнением:

(6.1)

где I - ток в якорной цепи двигателя, А;

∑R - суммарное активное сопротивление якорной цепи, Ом;

∑∆U_в - суммарное падение напряжения на СПП, В.

Однако, в области малых токов существует так называемая зона прерывистого тока, представляющая собой эллипс с полуосями равными соответственно Е_o и I_{гр mах.} В зоне прерывистого тока внешние характеристики представляют собой отрезки параболы, соединяющей точку пересечения границы зоны прерывистого тока и прямой, описываемой уравнением 3.1 с точкой на оси ординат, имеющей значение Е_о.

Зададимся диапазоном регулирования скорости двигателя D = 10, и построим внешние характеристики для значений угла открывания вентилей α, соответствующих скорости двигателя ω_н, 0,5ω_н и 0,1ω_н.

Напряжение на якоре двигателя определяется выражением:

U=С_eω+IR; (6.2)

где С_е - конструктивная постоянная двигателя при номинальном потоке возбуждения (здесь и далее считаем, что поток возбуждения соответствует номинальному значению);

ω- угловая скорость двигателя, рад/с;

I - ток в якорной цепи, А;

R - сопротивление якорной цепи, Ом.

Напряжение на якоре двигателя является выходным напряжением выпрямителя, которое равно:

Е_в=Е_о(1+соsα)/2; (6.3)

где α - угол открывания тиристоров.

Исходя из формул 6.2 и 6.3 можно записать:

Е_о ·(1 + cosα)/2 = С_еω + IR. (6.4)

Воспользовавшись номинальными значениями скорости двигателя, тока якоря, напряжения на якоре и сопротивления якоря из выражения 6.2 можно с достаточной точностью найти коэффициент С_е:

(6.5)

Сопротивление якорной цепи двигателя будет равно:

ΣR_яц⁼ R_я + R_дп + R_тp + R_др + R_п; (6.6)

где R_я - сопротивление якоря двигателя, Ом;

R_дп - сопротивление дополнительных полюсов, Ом;

R_тр - активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора, Ом;

R_дп - активное сопротивление сглаживающего дросселя, Ом;

R_п - сопротивление перекрытия анодов вентилей, Ом.

Определим значение сопротивления R_п:

; (6.7)

где L_яц - суммарная индуктивность якорной цепи, Гн.

Активное сопротивление сглаживающего дросселя равно:

(6.8)

После расчетов по формуле 6.6 получим:

Ом

В соответствии с формулой (6.5) получаем:

Выразив из выражения 6.4 значение cosα можно рассчитать углы открывания вентилей, соответствующие скоростям ω_н, 0,5ω_н и 0,1ω_н :

Зная значения угла открывания α по формуле 6.1 рассчитаем значения напряжения на якоре двигателя для токов равных номинальному и 0,5 номинального, т.е. по двум точкам построим внешнюю характеристику выпрямителя для каждого из значений угла открывания α.. Для этого примем падение напряжения на проводящих вентилях ∑∆U_B=2B. Учтем, что в зоне малых токов существует зона прерывистого тока, представляющая из себя эллипс с полуосями равными соответственно Е_o и I_грмах=0,1·I_н=0,1·30,12 = 3,012 А Рассчитанные по формуле 6.1 значения представим в виде таблицы 6.1, а построенные по результатам расчетов внешние характеристики показаны в графической части (КП 20П3б.ХХ.00.00.000Э7.1).

Таблица 6.1. Значения напряжения и тока якоря двигателя.

Значения углов открывания и тока якоря		Значение напряжения на якоре U,B
α =65,6050	I=0,5IН=15,06 А	208,107
	I=IН=30,12А	198,333
α =103,3370	I=0,5IН=15,06 А	107,94
	I=IН=30,12А	98,166
α =144,0970	I=0,5IН=15,06 А	17,79
	I=IН=30,12А	8,016