Системы тиристорный преобразователь – электрический двигатель.

1. Построение регулировочной и внешней характеристик.

Регулировочная характеристика тиристорного преобразователя в зоне непрерывного тока представляет собой зависимость Е_d = f (α ) и определяется в виде :

Е_d = Е_d0 Cos α

График выпрямленного напряжения на якоре двигателя при номинальном токе нагрузки строится по соотношению :

U_я = Е_d0 Cos α – I_{d ном.} R_mn , где

- R_{m n} = R_тр. + R_р + R_{дин. в} - сопротивление цепи выпрямленного тока, за исключением сопротивления якоря электродвигателя.

Вид зависимости ЭДС и выпрямленного напряжения на якоре от угла регулирования показана на рисунке 3..

Угол регулирования α_н, соответствующий номинальному режиму работы двигателя можно определить из выражения :

α_н = arcos

Внешняя характеристика строится для α = α_н по двум точкам при холостом ходе и номинальной нагрузке в соответствии с выражением :

U_d = Е_d0 Cos α_н – [I_d ( R_mn + R_к ) +Δ U_в]

Наклон внешней характеристики зависит от типа выпрямителя и величины сопротивлений преобразователя (рис.4)

2. Построение электромеханической характеристики системы тп - эд

Электромеханическая характеристика представляет собой зависимость ω_д=f (I_д) и строится по выражению :

ω_д = , где

- R_∑ + R_к – полное сопротивление цепи выпрямленного тока системы тиристорный преобразователь – электродвигатель.

Прежде чем строить характеристики при I_д = I_{д ном.} определим углы регулирования α, которые будут соответствовать заданным значениям ω_д.:

ω_{д ном} = , где

- n_ном = 750 об./мин. – номинальная частота вращения двигателя.

Величину С_е Ф можно найти по формуле :

С_е Ф = .

Тогда значение угла управления можно найти из выражения, вида :

α = arcCos[

Электромеханические характеристики будут иметь вид представленный на рисунке 5.

3. Построение зоны прерывистых токов.

При расчёте преобразователей с раздельным управлением требуется найти зону прерывистых токов нагрузки, которая определяется граничным значением прерывистого тока, равного :

I_{d гр} = где

- L_∑ - cуммарная индуктивность цепи выпрямленного тока.

Зависимость I_dгр. = f (α ) строится как правило на семействе электромеханических характеристик , причём величины I_dгр. определяются для углов α, которые были рассчитаны ранее. (рис6.)

3. Определение минимального угла инвертирования.

При работе преобразователя в инверторном режиме система управления должна обеспечить ограничение величины минимального угла регулирования β_min, чтобы избежать возможного прорыва инвертора. Этот угол должен быть больше суммы угла коммутации γ и угла, определяющего время восстановления запирающих свойств вентиля δ :

Β_min ≥ γ + δ

При этом величины γ и δ можно определить по формулам :

γ = arc Cos ( Cos α – ; δ = (ω / π) 180 t_выкл. , где

- t_выкл. – время выключения вентиля (из паспортных данных тиристора)

3. Расчёт энергетических характеристик ТП.

К энергетическим характеристикам относят коэффициент мощности и коэффициент полезного действия преобразователя.

Коэффициент мощности χ зависит от режима работы выпрямителя, угла коммутации γ и мощности намагничивания трансформатора и определяется по выражению :

Χ = , где

- ν = 0,935 – коэффициент учёта высших гармонических составляющих в линейном токе трансформатора;

- I_хх – ток холостого хода (из паспортных данных трансформатора).

Необходимые для построения зависимости χ = f (ω_д / ω_{д ном}) данные (α⁰, γ⁰, U_d и χ ) рассчитать при I_d = I_dном и I_d = 0.5 I_dном .

Вид характеристики коэффициента мощности показан на рисунке 7

Д ля расчёта коэффициента полезного действия воспользуемся уравнением , вида :

η = , где

- Р_∑ - сумма потерь мощности выпрямителя, включающая потери в силовом трансформаторе, потери в вентилях преобразователя, потери в выходном фильтре, зависящие в основном от активных потерь в реакторе, потери в RC - цепочках и мощность, потребляемую системой управления и защиты.

Потери мощности в элементах схемы можно определить соответственно в виде : Δ Р_т = Δ Р_хх + Δ Р_кз ( U_d · I_d / S_{тр. ном} ) ;

Δ Р_в = n_в (I_dв · Δ U_в + I²_dв R_дин.в) ;

Δ Р_ф(р) = I_d² R_ф(р)

Δ Р_{RC =} 0,005 Р_{д ном.}

Δ Р_у = 0,2 кВт.

В этих выражениях :

- S_тр.ном. - номинальная мощность преобразовательного трансформатора;

- n_в – число одновременно проводящих вентилей;

- I_dв = I_d – средний ток вентиля в заданном режиме.

Вид зависимости η = Р_вых / Р_вх., характеризующей коэффициент полезного действия системы тиристорный преобразователь – электродвигатель показана на рисунке 8 при ω_д = ω_дном. и ω_д = 0,5 ω_дном .