2. Расчет относительных значений отдельных гармоник выпрямленного напряжения

Кривая выпрямленного напряжения любой схемы выпрямления содер­жит две составляющие - постоянную, равную среднему значению выпрям­ленного напряжения E_dα, и переменную, состоящую из спектра гармоник.

Действующее значение гармоники n-го порядка Е_n, отнесенное к среднему значению, может быть определено из выражений [1]:

;– α ,

где α - угол регулирования, соответствующий E_dα;

γ – угол коммутации тиристоров;

k = 1, 2, 3, 4 …

3. Расчет регулировочной характеристики

Регулировочная характеристика преобразователя при условном холостом ходе может быть построена по уравнению

.

Зависимость напряжения на якоре двигателя в функции угла регулиро­вания в номинальном режиме определяется выражением:

U_dα = E_d0·cosα – I_Н·R_Σ ,

где R_Σ = R_СД + R_Д + R_ТР + R_{К ,}

R_СД - сопротивление сглаживающего дросселя;

R_Д - динамическое сопротивление тиристора;

R_ТР - приведенное активное сопротивление фазы транс­форматора;

- коммутационное сопротивление.

4. Расчет коэффициента мощности преобразователя

Величина выпрямленного напряжения в зависимости от скорости вра­щения и загрузки двигателя определяется из соотношений:

,

.

Коэффициент мощности преобразователя

,

где I_XX, I_{TР. H} - ток холостого хода и номинальный ток трансформатора;

v - коэффициент искажения (для трехфазной мостовой схемы равен 3/π).

Задание 2

1. Расчет параметров конденсатора для сглаживания

пульсаций напря­жения:

,

где P_Н - номинальная мощность асинхронного двигателя;

U_H - линейное напряжение;

ω_min = 2πf_min – угловая скорость.

2. Расчет среднего значения тока и выбор тиристора

С учетом параметров асинхронного двигателя максимальное значение тока в тиристоре инвертора определяется как

I_T = I_max = k·I_н

где I_н - номинальный ток электродвигателя;

- кратность пускового тока

При выборе тиристора по напряжению необходимо выполнить следую­щее условие:

.

3. Параметры коммутационного дросселя и коммутирующего конденса­тора определяются выражениями:

,

где t_B=(20 - 200)мкс - время восстановления тиристора;

.

Задание з

1. В соответствии с рекомендациями по выбору элементов защиты си­ловых полупроводниковых приборов [4] и данных о тепловых эквивален­тах плавления предохранителя и отключения тиристора, необходимо вы­брать быстродействующий предохранитель с указанием его параметров [5].

При расчете параметров R, С - элементов на стороне переменного тока необходимо использовать значения напряжения и индуктивности источни­ка питания, а также скорости нарастания напряжения на тиристоре.

2. При расчете параметров R, С - элементов для защиты тиристоров от перенапряжений, обусловленных эффектом накопления носителей при коммутации, следует воспользоваться методикой, изложенной в [4].

6. Пример расчета

Задание №1

Исходные данные для расчета: параметры силовой цепи U_Л =380В, частота = 50Гц, возможные колебания напряжения сети ±10%;

Параметры электродвигателя постоянного тока Р_н = 140кВт, I_н = 700А,

n_Н = 470 об/мин, U_Н = 220В, Z_Р = 4, R_Я.Ц. = 0,008 Ом.

Режим работы привода длительный, время реверса и пуска не более 5секунд.

Для управления выпрямительной и инверторной группами преобразователя используется согласованное управление.

Диапазон регулирования скорости вращения при любом направлении вращения электродвигателя 50.

Нагрузочный момент на валу электродвигателя не зависит от направления вращения.

Расчет и выбор по каталогам основных элементов реверсивного

тиристорного преобразователя (ТП)

Рис. 1. Схема реверсивного тиристорного преобразователя

Напряжение условного холостого хода тиристорного преобразователя находим из выражения

E'_do = U_dα + ΔU_С.Д. + ΔUур + ΔU_Тр + ΔU_к + ΔU + ΔU_В.ср.

Отдельные составляющие правой части уравнения предварительно могут быть приняты следующими:

= U_Н = 220 В – среднее значение выпрямленного напряжения.

Падение напряжения на активном сопротивлении сглаживающего дросселя

,

.

Принимаем равным 2 В.

Среднее значение падения напряжения на тиристоре

,

В .

Напряжение спрямления

,

В .

Динамическое сопротивление тиристора определяется по формуле

,

где U_К = 1В – классификационное падение напряжения средней группы,

.

Падение напряжения на активном сопротивлении силового трансформатора рассматриваемой схемы

,

В .

Падение напряжения на активном сопротивлении уравнительных реакторов, которые устанавливаются в системе при использовании согласованного управления выпрямительной и инверторной группами преобразователя :

В .

Коммутационное падение напряжения

,

В ,

где А = 0,5 – коэффициент, определяемый схемой трансформатора и преобразователя;

U_k% = 6 – напряжение короткого замыкания силового трансформатора.

Напряжение на выходе преобразователя при условном холостом ходе без учета возможных колебаний в питающей сети:

,

В .

Принимаем В .

Учитывая заданные колебания напряжения сети переменного тока ΔU, величинадолжна быть увеличена:

,

В .

Необходимsе напряжениz на вторичной обмотке силового трансформатра

В

В

Расчет электрических параметров силового трансформатора

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора без учета коммутационных режимов и пульсаций:

А

Действующее значение первичного тока:

А

Мощность, выделяемая на первичной и вторичной сторонах силового трансформатора, из условия поочередной работы выпрямительной и инверторной групп:

кВА

Расчетная габаритная мощность трансформатора с двумя вторичными обмотками:

кВА

В качестве силового трансформатора можно использовать либо трансформатор с двумя вторичными обмотками, либо два отдельных трансформатора.

В рассматриваемом случае из-за отсутствия стандартного двухобмоточного трансформатора с мощностью, близкой к Р_Т, использован второй вариант, в котором применены трансформаторы ТСЗПЛ – 400/10У3 со следующими характеристиками (таблица 3):

Таблица 3

Тип	Мощ- ность сетевой обмотки кВА	Вентиль- ная обмотка		Преобразователь		Потери холос- того хода ΔРХХ, Вт	Потери короткого замыкания ΔРКЗ, Вт	Напряжение короткого замыкания Uk%, %	Ток холостого хода, Iхх, %
		U, В	I, А	U, В	I, А
ТСЗПЛ – 400/10У3	362	230	1020	310	1250	1200	5200	6	7

Выбор тиристоров

Класс тиристоров может быть определен по максимальному обратному напряжению на вентиле:

,

В ,

где ,

В .

Следовательно, тиристоры должны быть не ниже 5-го класса (обратное напряжение не ниже 500 В).

Среднее значение тока через тиристор

,

А .

Предварительно выбираем тиристор типа 2Т171 – 320 – 5 (таблица 4).

Таблица 4

Наименование параметров	Условное обозначение	Численное значение	Размерность
Средний ток в открытом состоянии	IСР	320	А
Максимальное повторяющееся импульсное обратное напряжение	UВ.MAX	500	В
Ударный допустимый ток	IУД.ДОП	7000	А
Температура перехода p-n	TMAX	125	°C
Тепловое сопротивление переход-катод	RТЕП	0,08	°С/Вт
Скорость нарастания тока в открытом состоянии		100	A/мкс

Допустимые величины потерь в тиристоре при условии его работы в классификационной схеме в зависимости от условий охлаждения

,

где k_ф = 1,57 – коэффициент формы тока для классификационной схемы выпрямления;

I_АН – среднее значение тока, проходящего через тиристор;

U₀ – напряжение спрямления;

R_Д – динамическое сопротивление тиристора .

Ввиду того, что в каталогах не приводится вольтамперная характеристика тиристора, величины U₀ и R_Д можно ориентировочно определить из соотношений:

В ,

Ом .

Величина потерь в тиристоре рассматриваемой установки

Вт .

Необходимо также учесть, что в период пуска вентиль должен пропускать двукратный номинальный ток, равный пусковому току двигателя:

А .