КР УСП_2014

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Самарский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра: «Механизация, автоматизация и энергоснабжение строительства»

РАСЧЕТ СИЛОВОГО УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Методические указания

Самара 2014

УДК 621.314.6 Н19

Приводятся задания на курсовую работу по дисциплине «Управляемые силовые преобразователи» и методика ее выполнения.

Данные методические указания предназначены для бакалавров, обучающихся по направлению «Строительство» профиль подготовки «Механизация и автоматизация строительства».

Р е ц е н з е н т к. ф.-м. н. В.К. Кивран

УДК 621.314.6

ÓМ.А. Назаров, составление, 2014

ãСГАСУ, 2014

2

Введение

Курс «Управляемые силовые преобразователи» имеет целью

полученных студентом и применение этих знаний при решении конкретных технических задач.

1 СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа состоит из расчетной и графической частей. Расчетно-пояснительная записка должна содержать - сле

дующие разделы:

-введение;

-задание на курсовую работу;

-выбор рациональной схемы управляемого выпрямителя и описание ее работы;

-расчет и выбор силового трансформатора;

-расчет и выбор вентилей;

3

-расчет и построение статических характеристик преобра-

зователя;

-расчет и выбор элементов защиты тиристоров от перенапряжений;

-описание работы системы импульсно-фазового управления (СИФУ);

-моделирование работы управляемого выпрямителя в пакете прикладных программ Matlab Simulink;

-заключение;

-библиографический список.

Содержание графической части:

-функциональная и принципиальная(без СИФУ) схемы выпрямителя;

-внешние характеристики выпрямителя;

-функциональная схема СИФУ;

-результаты вычислительных экспериментов, проведенных

впакете прикладных программ Matlab Simulink.

2 ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

В соответствии с заданным вариантом требуется:

1.Выбрать наиболее рациональную для заданного варианта схему выпрямления. Описать ее работу.

2.Рассчитать и выбрать силовой трансформатор.

3.Рассчитать и выбрать тиристоры.

4.Рассчитать сглаживающий дроссель, обеспечивающий заданную зону непрерывного тока δI.

5.Рассчитать и построить статические характеристики выпрямителя (регулировочную характеристику и внешние характеристики для углов управления α = 0°, 20°, 40°, 60°, 80°).

6.Рассчитать и выбрать элементы защиты тиристоров от перенапряжений.

7.Привести функциональную схему системы импульснофазового управления и принципиальные схемы входящих в нее устройств. Описать работу СИФУ.

4

8. Смоделировать работу управляемого выпрямителя в -па кете прикладных программ Matlab Simulink.

Исходные данные для выполнения курсовой работы приведены в таблице 1.

Характеристики двигателей указаны в таблице П1.

Таблица 1 – Исходные данные для выполнения курсовой работы

5

Таблица 1. Окончание.

Для всех вариантов.

Преобразователь работает только в выпрямительном режиме, тип привода – нереверсивный, охлаждение тиристоров – воздушное.

3 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Управляемый выпрямитель можно представить в вид функциональной схемы (рис. 1), в которую входят: устройства защиты УЗ, согласующий трансформатор СТ, вентильный блок ВБ, фильтрующее устройство ,ФУсистема импульсно-фазового управления СИФУ и цепь нагрузки.

6

Рисунок 1

Системой импульсно-фазового управления(СИФУ) вентильным преобразователем [22] называется устройство, предназначенное для формирования импульсов управления и регулирования длительности открытого состояния силовых ключей в функции сигнала управления.

4 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

4.1 Выбор рациональной схемы управляемого тиристорного выпрямителя [1]

Опыт практического использования преобразователей для приводов постоянного тока позволяет сделать следующие рекомендации по выбору силовой схемы тиристорного преобразователя без выполнения технико-экономического расчета.

Однофазные двухполупериодные схемы выпрямления просты,

имеют малые внутренние потери, в них отсутствует вынужденное намагничивание трансформатора. В однофазной нулевой схеме (рис. 2, а) мало вентилей, но большая типовая мощность трансформатора и высокое значение обратного напряжения. Преимущества однофазной мостовой схемы(рис. 2, б) – малые типовая мощность трансформатора и обратное напряжение. Однофазные схемы являются несимметричной нагрузкой трехфазной сети и создают большие, по сравнению с другими схемами, пульсации тока и напряжения нагрузки. Эти схемы рекомендуются для приводов мощностью до 10 кВт, работающих в длительном режиме, при невысоких требованиях к статическим и динамическим характеристикам, небольшим диапазоном регулирования скорости (D < 10).

7

Трехфазная нулевая схема (рис. 2, в) проста и содержит мало вентилей. Однако из-за больших значений действующих анодных токов и обратных напряжений, наличия токов вынужденного намагничивания трехфазные нулевые схемы целесообразны при -со единении обмоток звезда-звезда и треугольник-звезда для тиристорных приводов мощностью5÷30 кВт. Для приводов большей мощности 50÷100 кВт необходимо применять трансформатор с обмотками звезда или треугольник-двойной зигзаг, что обеспечивает компенсацию токов вынужденного намагничивания и менеепа

мощности и меньшую зону прерывистых токов. Поэтому для приводов мощностью свыше100 кВт применяется в основном трехфазная мостовая схема.

4.2 Расчет и выбор силового трансформатора [2]

Требуемое фазное напряжение вторичной обмотки, В, U2ф = E2 ×kc ×ka ×kR ,

где Е2 – теоретическое значение ЭДС вторичной обмотки, В, E2 = ke × Ud ;

Ud – среднее значение выпрямленного напряжение при α= 0, принимается равным номинальному напряжению двигателя, В, Ud = Uян ; Uян – номинальное напряжение якорной цепи; ke – коэф-

фициент схемы (см. табл. П2); kс – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения в сети, kc =1.1 , при отсутствии требований к поддержанию номинальной

скорости вращения электропривода при снижении напряжения в

согласованным управлением; ka =1 – для нереверсивных и реверсивных схем с раздельным управлением; kR – коэффициент запаса

9

по напряжению, учитывающий падение напряжения в вентилях и обмотках трансформатора, а также наличие углов коммутации, kR =1.05 .

Действующее значение тока вторичной обмотки, А: I2ф = ki ×ki2 ×Id ,

где Id – среднее значение выпрямленного тока, принимается равным

Рн – номинальная мощность двигателя, Вт (см. табл. П1); Rя – активное сопротивление якорной обмотки двигателя, Ом (см. табл. П1); Rд.п. – активное сопротивление дополнительных полюсов двигателя, Ом (см. табл. П1); ki2 – коэффициент схемы (см. табл. П2); ki

– коэффициент непрямоугольности тока, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной, ki =1.05 ¸1.1.

Расчетная типовая мощность силового трансформатора, ВА: Sт = Pт ×kc2 ×k2a ×kR ×ki ,

где

Рт = ks × Ud ×Id , ВА,

Ud ×Id – теоретическое значение типовой мощности для идеального

выпрямителя, Вт; ks – коэффициент схемы (см. табл. П2).

Выбираем наиболее близкий к расчетным параметрам по техническим характеристикам силовой трансформатор, исходя из условия

10