4. Вибір тиристорного перетворювача і розрахунок його параметрів

4.1. Вибір комплектного електроприводу

Для вибору тиристорного перетворювача, необхідно визначитись з його номінальним випрямленим струмом та напругою, для цього використовуємо довідник []:

І_dН  І_ЯН = 3580 А

U_dН  (1,051,15)U_ЯН = (1,051,15)900 В

Виходячи з цього за початковими даними двигуна U_н=900 В, І_н=3580 А обираємо систему КТЕУ потужністю до 5000 кВт.

КТЕУ – 4000/930 – 1232310 –200Т- УХЛ4(04)

До складу тиристорного ЕП входять електропривод постійного струму з тахогенератором, ТП для живлення якоря двигуна і ТП для живлення обмотки збудження, силові трансформатори, комутаційна та захисна апаратура (рис.4.1).

Рисунок 4.1 - Силова частина електроприводу серії КТЕУ при номінальному струмі I=4000 A.

4.2 Вибір трансформаторів

Для живлення якірного кола обираємо масляний трансформатор

ТМП – 6300/10 У2 []:

Мережева обмотка: U=6 кВ

Вентильна обмотка: U=900 В І=3270 А

Перетворювач: U=1050 В І=4000 А

Втрати: ΔРхх=9400 Вт ΔРкз=30000 Вт Uк %=6,5 % Іхх=1 %

Для обмотки збудження обираємо силовий трансформатор

ТСЗП–63/0.7УХЛ4 []:

Мережева обмотка: U=380 В

Вентильна обмотка: U=205 В І=164 А

Перетворювач: U=230 В І=200 А

Втрати: ΔРхх=330 Вт. ΔРкз=1900 Вт. Uк %=5,5 %. Іхх=6 %.

4.3 Вибір автоматичних вимикачів

З довідника [] обираємо вимикач типу ВАТ-42-6300/10-Л-У4 для сторони постійного струму (для якірного кола, за даними перетворювача U_Н = 930 В, І_Н = 4000 А):

• номінальний струм: І_Н = 4000 А

• номінальна напруга: U_Н = 930 В

Також обираємо вимикач типу А3716Б для сторони змінного струму (для тиристорного збуджувача, за його номінальним струмом І_Н = 200 А):

• номінальний струм ТПЗ: І_Н = 200 А

• номінальна напруга: U_Н = 380 В

4.4 Розрахунок параметрів тиристорного перетворювача.

В результаті розрахунку визначаються активний опір RТП і індуктивність LТП перетворювача в колі якоря та в колі збудження.

Активний опір ТП може бути представлений у вигляді суми:

(4.1)

а індуктивність – у вигляді суми:

(4.2)

де Rтр - активний опір фази трансформатора , який за відомими втратами потужності в режимі к.з. ΔР_кз і номінальним струмом вторинної обмотки трансформатора кА визначається як

Ом (4.3)

Rк – опір ТП, що обумовлений явищем комутації

Ом (4.4)

ωс – кутова частота напруги мережі промисловою частотою fc=50 Гц;

Lтр – індуктивність трансформатора, яка визначається із досліду короткого замикання при відомій напрузі к.з., вираженій у процентах:

Гн (4.5)

Еф – діюче значення номінальної фазної ЕРС вторинної обмотки трансформатора, В;

Rдин – динамічний опір тиристорів, враховується приблизно, виходячи з того, що падіння напруги в тиристорах Δuдин=Rдин·іd складає 0,5…1,5 В;

Ом (4.6)

Lp – індуктивність зрівняльного реактора. У даному випадку необхідність у реакторі відсутня.

Отже, попередньо приймаємо значення активного опору ТПЯ:

Ом

Для подальшого розрахунку необхідно виконати перевірку на предмет можливості виникнення режиму переривчастих струмів. Якщо є така небезпека, необхідно встановити згладжувальний дросель.

Спочатку визначається максимальний кут регулювання αmax, при якому отримується мінімальна швидкість ωmin=ωн/D=6,28/4=1,57рад/с, що відповідає нижній межі заданого діапазону регулювання швидкості D:

(4.7)

де RЯΣ=RЯ+RТП=0,0171+0,0264=0,0435 Ом – повний активний опір кола якоря (без дроселю);

cН=kФН – електромагнітна стала машини постійного струму при номінальному потоці:

(4.8)

Еd0 – ЕРС холостого ходу перетворювача при куті керування α=0:

В (4.9)

kcx=2,34 – коефіцієнт схеми ТП (у даному випадку - мостова);

Отже, максимальний кут регулювання:

(4.10)

Повна індуктивність якірного кола, яка необхідна для забезпечення режиму гранично-неперервного струму Id.гр на швидкості ωmin:

мГн (4.11)

Величина граничного струму Id.гр складає практично 7...10% від номінального струму.

Отримавши з (4.10) значення LΣнеобх, можна знайти потрібну величину індуктивності згладжувального дроселя:

мГн (4.12)

Отже, виходячи з розрахунку, робимо висновок про те, що встановлювати згладжувальний дросель нема необхідності.

Остаточно приймаємо індуктивність ТП:

мГн

Зобразимо зовнішні характеристики для ТПЯ, які показані на рис. 4.2

Рисунок 4.2 – Зовнішні характеристики тиристорного перетворювача якірного кола

Аналогічно проводимо розрахунок для ТП, що живить обмотку збудження.

Номінальний струм вторинної обмотки трансформатора:

А

Активний опір фази трансформатора

Ом

Опір ТП, що обумовлений явищем комутації

Ом

Індуктивність трансформатора:

де В;

Динамічний опір тиристорів:

Ом

Приймаємо значення активного опору ТПЗ:

Ом

Приймаємо індуктивність ТПЗ:

Зовнішні характеристики ТПЗ показані на рис. 4.3

Рисунок 4.3 – Зовнішні характеристики тиристорного перетворювача кола збудження

5. Розрахунок параметрів об’єкта регулювання.

Структурна схема об’єкта регулювання показана на рис.

Рисунок - Структурна схема об’єкта регулювання

Параметрами об’єкту регулювання є:

• активні опори RЯΣ і RзбΣ обмоток двигуна:

Ом

Ом

• електромагнітні сталі часу обмоток двигуна:

кола якоря

с

де LЯΣ=LЯ+LТПЯ=0,971+0,071=1,042 мГн;

кола збудження

с

де LзбΣ=Lзб+LТПЗ=5,541 Гн;

кола віхрьових струмів

с

• сталі двигуна:

• коефіцієнт пропорційності між струмом збудження і магнітним потоком на лінійній ділянці кривої намагнічування:

• механічна стала часу двигуна:

с

де J=Jдв+Jмех=37500+30000=67500 кг·м²

• обираємо сталі часу ТП в колах якоря і збудження Тμ=0,01 с;

• коефіцієнти підсилення ТП за керуванням, виходячи з максимальної напруги кіл керування UK.max=10 В:

для ТПЯ

для ТПЗ