2. Внешние характеристики

Внешнюю характеристику т.е. зависимость выпрямленного напряжения от тока можно получить из уравнения

.

После преобразования получаем

;

В ;

Гн – индуктивность трансформатора ;

А .

В данном примере график построен в относительных единицах, где за базисные величины приняты: ;;

Рис. 4. Внешние характеристики при углах регулирования:

0; 40; 45; 60 эл. град

Расчет коэффициента мощности для двух скоростей вращения двигателя:

n = n_НОМ и n = 0,5n_НОМ и двух нагрузок: М = М_НОМ и М = 0,5М_НОМ

При условном холостом ходе и α = 0 напряжение на выходе преобразователя Е_d0 = 310 В.

Ток холостого тока силового трансформатора в процентах от номинального I_Х.Х = 7%.

R_Т.П = R_С.Д + 2·R_Д + 2·R_ТР + R_У.Р – суммарное активное сопротивление цепи постоянного и переменного тока преобразователя, состоящее из сопротивления трансформатора, уравнительных и сглаживающих дросселей и тиристоров. R_ТП = 15,7·10^-3 Ом .

Величину выпрямленного напряжения на якоре электродвигателя U_dα в зависимости от уровня скорости вращения и степени загрузкиможно определить из соотношения:

Падение напряжения в активных сопротивлениях цепи постоянного и переменного тока преобразователя:

Коэффициент мощности для любой системы преобразователя:

где - коэффициент искажений, для рассматриваемой системы ТП-Д

На основании приведенных соотношений определим k_υ для всех заданных режимов:

а) При n = n_Н и М = М_Н

В

В

б) При n = n_Н и М = 0,5 М_Н

В

В

в) При n =0,5 n_Н и М = 0,5 М_Н

В

В

г) При n =0,5 n_Н и М = М_Н

В

В

Временные диаграммы

Рис. 5. Временные диаграммы токов и напряжений

Задание №2

Исходные данные:

Р_ном = 110кВт; U_ном = 380B; n_ном = 2970 об/мин; cosφ_ном = 0,88;

η_ном = 91; k = 5÷7; _min = 10Гц; _max = 50Гц.

Поскольку инвертор формирует переменное напряжение из постоянного путем переключения полярности на нагрузке, то форма инвертируемого напряжения отлична от синусоидального. В принятом для расчета инверторе отсутствуют гармоники напряжения, кратные трем. Порядок высших гармоник таков: гдеn = 1, 2, 3.

Известно, что высшие гармоники напряжения оказывают влияние на работу асинхронного двигателя. Они создают магнитное поле в воздушном зазоре двигателя с числом полюсов, в раз превосходящим действительное число полюсов, вращаются с меньшей враз скоростью по сравнению с первой гармоникой. Гармоники прямой последовательности (7, 13, 19, и т.д.) вызывают провал в кривой момента при скорости двигателя, равной примерно скорости соответствующей гармоники.

При разложении в ряд Фурье графика выходного напряжения получаем:

Где знак плюс относится к гармоникам прямой последовательности, а знак минус – обратной.

В случае если известны активные и индуктивные сопротивления обмоток ротора и статора, гармоники тока можно определить из выражения:

Из выражения видно, что относительный состав гармоник тока низких порядков хуже относительного состава гармоник напряжения. Двигатель загружается значительным током высших гармоник, что сказывается на его энергетических показателях.

Мгновенное значение тока Io через тиристор к началу коммутации при равно:

где - угол регулирования;

- угол сдвига между основными гармониками напряжения и тока фазы нагрузки;

- постоянный коэффициент.

Максимальное значение тока в тиристоре определяется как:

Iпуск = Imax=Iном ·K = 188 · 2,5 = 470 А,

где А

k = 2,5 – кратность пускового тока (при частотном управлении).

Тиристор выбираем по каталогу на ток I = 500 А.

Для выбора вентиля по напряжению необходимо выполнить следующее равенство:

В

Тиристор выбираем по каталогу на напряжение U_ном = 600 В (т.е. вентиль шестого класса).

Расчет коммутационного дросселя

Расчет коммутационного дросселя производим по формуле:

где L - индуктивность дросселя, мкГн;

U_min- напряжение источника питания, В;

I_max - максимально возможный ток, А;

t_В - время восстановления тиристора, равное (20 ÷ 200) мкс.

Принимаем t_В = 100 мкс.

мкГн

Расчет коммутирующего конденсатора

Рассчитаем коммутирующий конденсатор по формуле :

мкф (2.8)

Принимаем С = 600 мкф. Из выпускаемых промышленностью конденсаторов можно использовать немногие, так как из-за происходящих в инверторах процессов к ним предъявляются особые требования. Для коммутирующих конденсаторов – это высокая крутизна фронта тока (до а/сек), большая амплитуда тока (до а/мкф), высокая частота перезаряда. В инверторах в настоящее время находят применение конденсаторы типа МБГ4

Расчет сглаживающего конденсатора

Сглаживающий конденсатор Ссглпредназначен для сглаживания пульсаций напряжения на входе инвертора и для пропуска переменной составляющей тока в момент работы вентилей моста обратного тока:

(2.9)

где рад/с

φ_НОМ = arccos φ_НОМ = 27^º,12`

tg φ_НОМ = 0,52

мкФ

-

Рис. 6. Принципиальная схема автономного инвертора напряжения

Задание №3

Выбор элементов защиты выпрямителя для ограничения коммутационных перенапряжений на стороне переменного тока

Емкость между сетевой и вентильной обмоткой неизвестна. Однако она, как правило, меньше 0,1 мкФ, и поэтому конденсатор С_С = 1 мкФ будет демпфировать все высокочастотные переходные процессы, возникающие при включении трансформатора, до уровня, меньшего одной десятой их первоначального значения, что вполне достаточно.

Расчет и выбор элементов R, C, осуществляющих защиту тиристоров от перенапряжений, обусловленных эффектом накопления носителей при коммутации тока

Если от сети отключается ненагруженный трансформатор, то в результате прерывания тока намагничивания возникает перенапряжение. Для определения параметров Rи С должен быть вычислен допустимый коэффициент перенапряжения:

,

где b = 1,3;

В

U_S = 163В

По этому коэффициенту выбираем наименьшее значение требуемой емкости в относительных единицах и диапазон сопротивлений (также в относительных единицах):

С^* = 24 ; R^*_min = 0,65 ; R^*_max = 1,05 ;

Вычислим запасенный заряд. Максимальная скорость изменения тока при коммутации равна :

А/мкс

где L_γ – индуктивность трансформатора на фазу

мкГн

Запасенный заряд Q ≈ 80 А·мкс. Значения параметров элементов контура коммутации:

мкФ

В момент включения тиристора, ток разряда конденсатора С ограничивается только сопротивлениемR, поэтому целесообразно взять большее значение сопротивления.

Принимаем: мкФ иОм

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Общие организационно-методические указания по выполнению

курсовой работы-------------------------------------------------------------------------- 3

2. Перечень рекомендуемой литературы -----------------------------------------------4

3. Содержание курсовой работы --------------------------------------------------------- 5

4. Исходные данные для расчетов --------------------------------------------------------6

5. Методические указания к выполнению курсовой работы ------------------------9

6. Пример расчета--------------------------------------------------------------------------- 15

7. Приложение 1------------------------------------------------------------------------------41

ПРИЛОЖЕНИЕ

КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электрооборудования судов и электроэнергетики

Курсовая работа допущена к защите Руководитель _____________ "____" __________ 200 ___ г.

Курсовая работа защищена с оценкой ____________ Руководитель _____________ "____" __________ 200 ___ г.

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

"СИЛОВАЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА"

Тема: Расчет управляемого выпрямителя и автономного инвертора"

Работу выполнил студент группы _____________

Калининград

2004