КР УСП (1)

5.3 Расчет и выбор вентилей [1, 21]

Выбор вентилей производится по среднему значению тока через вентиль и по максимальному значению обратного напряжения.

Требуемое среднее значение тока тиристора с воздушным охлаждением, с учетом пусковых токов, А, определяется по формуле

IV.ср = kз.i ×kохл ×Id ,

m2

где kз.i – коэффициент запаса, учитывающий пусковые токи, kз.i = 2÷2.5; kохл – коэффициент, учитывающий условия охлаждения,

Iк = 100% ×I2фн ,

Uк %

11

Uк% – напряжение короткого замыкания согласующего трансформатора, %; 15…30 – кратность допустимого кратковременного тока через тиристор.

Если значение тока в открытом состоянии или напряжения в закрытом состоянии превышает предельно допустимое для данного прибора, рекомендуется применение более мощного иливы соковольтного прибора, их параллельное или последовательное соединение (более подробно этот вопрос рассмотрен в [21]).

Выбор вентилей осуществляется по справочникам [4, 11, 12,

21].

5.4 Выбор сглаживающего фильтра [1, 3, 18]

Пульсации выпрямленного напряжения на выходе преобразователя вызывают пульсации тока в силовой цепи, что ухудшает условия коммутации двигателей постоянного тока и приводит к дополнительному нагреву всех элементов силовой цепи. Величина пульсаций тока зависит от схемы выпрямления, угла управления и индуктивности цепи нагрузки. С целью уменьшения пульсаций тока до необходимого уровня в цепь нагрузки включают сглаживающие дроссели (реакторы).

Требуемая индуктивность цепи выпрямленного тока, Гн,

где Ud0 – среднее значение выпрямленного напряжения при угле открытия тиристора α = 0, В,

Ud0 = U2ф ; ke

Iгр – среднее значение тока граничного режима, соответствующий переходу от режима непрерывного тока к режиму прерывистого тока, А,

Iгр = dI ×Iян ;

m – число пульсаций выпрямленного напряжения(пульсность схемы) (см. табл. П2); ωс – угловая частота питающей сети, рад/с, wс= 2 ×p×fс , fс – частота питающей сети, Гц.

Расчет ведется при угле управления α= 90°, так как в этом случае пульсации тока максимальны.

12

Индуктивность сглаживающего дросселя, обеспечивающий непрерывный ток якоря двигателя, Гн,

Lдр ³ Ld - Lя - Lтр ,

где р – число пар полюсов; β – конструктивный коэффициент, для некомпенсированных машин β= 0.5÷0.6, для компенсированных машин β = 0.1÷0.25; ωн – номинальная угловая скорость двигателя, wн= p×nн 30 , рад/с.

Индуктивность трансформатора, Гн

Lтр = а ×Lф.тр ,

где а – число обмоток трансформатора, обтекаемых током; Lф.тр – индуктивность фазы вторичной обмотки, Гн,

Lф.тр = Хф.тр ;

wc

Хф.тр – индуктивное сопротивление фазы, Ом,

Хф.тр = Zф2 .тр - Rф2 .тр ;

Rф.тр – активное сопротивление фазы вторичной обмотки трансформатора, Ом,

Rф.тр » 0.04 × U2фн ;

I2фн

Zф.тр – полное сопротивление фазы трансформатора, Ом,

Zф.тр = U2фн ×Uк % ,

I2фн ×100

здесь Uк% – напряжение короткого замыкания трансформатора, %, для большинства стандартных трансформаторов равное 5÷7 %.

Технические характеристики дросселей приведены в [4, 10].

5.5 Расчёт и построение статических характеристик преобразователя [1, 3, 20]

13

Необходимо построить совмещенные регулировочную и семейство внешних характеристик для углов управления α = 0°, 20°, 40°, 60°, 80°.

Регулировочная характеристика представляет собой зави-

зователя для заданного угла управления i αведется в следующем порядке (рис. 3):

1. Так как управляемый выпрямитель работает на электропривод постоянного тока (т.е. L→∞), то для построения регулировочной характеристики воспользуемся следующей зависимостью

менно.

2. Из точки αi, находящейся на оси α, провести перпендикуляр до пересечения с характеристикой Ud = f (a) (точка e) и опреде-

лить точку а на оси Ud, соответствующую данной точке -пе ресечения e.

3. Из точки а провести линию с отрицательным угловым коэффициентом, численно равным эквивалентному сопротивлению преобразователя Rэ (линия ab).

Эквивалентное сопротивление преобразователя, Ом,

Rэ = R тр + R X + R др + R я + R д.п. ,

где Rтр – сопротивление трансформатора, приведенное к цепи постоянного тока, Ом,

R тр = a ×Rф.тр ;

RХ – эквивалентное сопротивление, характеризующее коммутационное падение напряжения, Ом,

R X = m ×fc ×Lтр ;

14

Rдр – активное сопротивление дросселей (при наличии их в схеме), Ом,

Rдр » DUдр ,

Iдр.н

где Uдр – падение напряжения на дросселе, В, можно принять Uдр = 1÷2.5 В; Iдр.н – номинальный ток дросселя, А.

При отсутствии соответствующих справочных данных - ве личину R я + R д.п. можно определить по формуле

4. Найти точку d при заданном угле управления αi, учитывая, что в диапазоне углов 0 £ ai £ pm эта точка определяется только амплитудой напряжения питающего преобразователь

Em (ai=) Ud0 - n ×DUт ,

то есть внешние характеристики тиристорного преобразователя

6. Отметить точку Iгр.i на линии ab (точка с) и соединить ее с ординатой Em (ai ) – точка d, при построении приближенной внеш-

ней характеристики это соединение допустимо выполнить прямой линией, как показано на рисунке 3. В результате для заданного угла управления αi получаем внешнюю характеристику преобразователя в виде ломаной линии dcb, при этом участок dc (участок внешней

16

характеристики при ( Id < Iгр ) соответствует прерывистому току якорной цепи, а участок cb (при Id > Iгр ) – непрерывному.

5.6 Расчет и выбор элементов защиты тиристоров от перенапряжений [3, 19]

Принципиальная схема вентильного блока должна содержать элементы защиты тиристоров от перенапряжений, причинами которых являются включения и отключения силового трансформатора, процессы коммутации тиристоров, отключения цепи нагрузки с индуктивным характером и т.п.

Указанные защиты могут обеспечивать фильтры, устанавливаемые на выходе силового трансформатора. Один из вариантов схемы подобного фильтра показан на рисунке 4, а, где точки a, b и с подключаются к выводам вторичных обмоток трансформатора.

Значение емкости С1 = С2 = С3 , мкФ, и сопротивление рези-

сторов R1 = R 2 = R3 , Ом, можно найти по формулам

где Iμ – намагничивающий ток трансформатора, А, можно принять Im = 0.05 ×I2фн ; U2ф – фазное вторичное напряжение трансформатора,

Ом;

R1 = 300 . C1

Защита преобразователей от перенапряжений, вызванных коммутациями самих тиристоров (эффект накопления неосновных носителей), осуществляется при помощи RC-цепочек, включаемых параллельно тиристорам (рис. 4, б).

Значение емкости С, мкФ, определяется по выражению

Значение сопротивления резистора R обычно принимают в пределах 5…50 Ом, 10 Вт.

Резисторы и конденсаторы выбираются по справочнику [4].

17

5.7 Описание работы системы импульсно-фазового управления (СИФУ)

В данном разделе необходимо произвести выбор и обоснование системы управления выпрямителем, привести функциональную схему СИФУ, а также принципиальные схемы входящих в нее элементов, рассмотреть требования, предъявляемые к СИФУ.

Описание принципа работы СИФУ должно сопровождаться осциллограммами, поясняющими принцип работы отдельных ее функциональных узлов и раскрывать их назначение.

Схемное решение элементов СИФУ приведено в [4 – 9].

5.8 Моделирование работы управляемого выпрямителя в пакете прикладных программ Matlab Simulink

На основании разработанной принципиальной схе управляемого выпрямителя следует создать в пакете прикладных программ Matlab Simulink вычислительную модель данного преобразователя и провести серию вычислительных экспериментов, включающих в себя: 1) получение временных диаграмм токов и напряжений на тиристорах и на нагрузке при углах управления α= 0°, 20°, 40°, 60°, 80°; 2) выполнение оценки влияния сглаживающего фильтра на осциллограммы токов и напряжений на нагрузке.

Вопросы моделирования силовых полупроводниковых преобразователей и проведения вычислительных экспериментов в пакете прикладных программMatlab Simulink рассматриваются в

[13 – 17].

18

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Преобразовательная техника. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. / Сост.: А.А. Лопатин, А.В. Казанцев. Красноярск: ИПЦ ПИ СФУ, 2007. – 79 с.

2.Найдис В.А. и др. Электроприводы с полупроводниковым управлением. Системы постоянного тока на тиристорах. Под редакцией М.Г. Чиликина. М.-Л., изд.-во «Энергия», 1966. – 104 с. с черт.

3.Расчет силового управляемого выпрямителя: метод. указания / сост. В.А. Герасимов. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2009.

–32 с.

4.Справочник по преобразовательной технике. Под. ред. И.М. Чиженко. К., «Технiка», 1978. – 477 с., ил.

5.Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок. Под. ред. Я.М. Большмана, В.И. Круповича, М.Л. Самовера. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1975. – 728 с., ил.

6.Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. – М.: Издательский дом

«Додэка-XXI», 2001. – 384 с.

7.Шипилло В.П. Автоматизированный вентильный электропривод. М., «Энергия», 1969. – 400 с., ил.

8.Писарев А.Л., Деткин Л.П. Управление тиристорными преобразователями (системы импульсно-фазового управления). М.,

«Энергия», 1975. – 264 с., ил.

9.Чернов Е.А., Кузьмин В.П. Комплектные электроприводы станков с ЧПУ: Справочное пособие. – Горький: Волго-Вятское кн.

изд-во, 1989. – 320 с., ил.

10.Сидоров И.Н. и др. Малогабаритные трансформаторы и дроссели: Справочник / И.Н. Сидоров, В.В. Мукосеев, А.А. Христинин. – М.: Радио и связь, 1985. – 416 с., ил.

11.Тиристоры: Справочник. / О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев. – М.: Радио и связь, 1990. – 272 с., ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1155).

12.Гуревич Б.М., Иваненко Н.С. Справочник по электротехника для молодого рабочего: 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высш.

шк., 1987. – 272 с., ил.

19

13.Дяконов В.П. Simulink 5/6/7: Самоучитель. – М.: ДМК-

Пресс, 2008. – 784 с., ил.

14.Дяконов В.П. MATLAB R2006/2007/2008 + Simulink 5/6/7. Основы применения. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: СОЛОНПРЕСС, 2008. – 800 с., ил. – (Серия «Библиотека профессионала»).

15.Владимир Худяков. Школа MATLAB. Урок 3. Построение SPS-моделей с полупроводниковыми элементами. Силовая электроника. – № 3, 2005.

16.С.Г. Герман-Галкин. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. – СПб.: Корона принт, 2001. – 320 с., ил.

17.Черных И.В. Моделирование электротехнических уст-

ройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. – М.: ДМК-Пресс; СПб.: Питер, 2008. – 288 с., ил.

18.Г.Б. Онищенко. Электрический привод: учебник для студ. высш. учеб. заведений/ Г.Б. Онищенко. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 288 с.

19.Глух Е.М., Зеленов В.Е. Защита полупроводниковых преобразователей. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоиздат, 1982. – 152 с., ил.

20.Попков О.З. Основы преобразовательной техники: учеб. пособие для вузов/ О.З. Попков. 2-е изд., стереот. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 200 с., ил.

21.Замятин В.Я. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник / В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, В.М. Петухов. – М.: Радио и связь, 1987. – 576 с.; ил.

22.Гельман, М.В. Преобразовательная техника: учебное пособие / М.В. Гельман, М.М. Дудкин, К.А. Преображенский. – Челябинск: Издательский центрЮУрГУ, 2009. – 425 с.

20