Порядок расчета ув

Включает определение параметров и типовой мощности преобразовательного трансформатора, выбор типа вентилей, расчет индуктивности сглаживающего реактора, выбор электрических аппаратов и защитных устройств.

Расчет параметров преобразовательного трансформатора

Проводится по заданным параметрам сети переменного тока: U_C=380 В; f₁=50 Гц, напряжению U_d , мощности Р_Н и к.п.д. двигателя постоянного тока. Теоретическое значение напряжения U_2Ф* вентильной обмотки трансформатора соответствует выражению

U_2Ф^*= k_U∙ U_d , (7.1)

где k_U – коэффициент, характеризующий соотношение напряжений в идеальном выпрямителе, приведен в табл.7.2. С учетом необходимых запасов напряжение вентильной обмотки

U_2Ф= k_c∙k_∙α·k_r· U_2Ф^*. (7.2)

Коэффициент запаса k_с=1,05–1,1 учитывает возможное снижение напряжения сети на 5–10 % от U_с.ном .

Коэффициент k_α =1,05–1,1 учитывает неполное открывание тиристоров. Коэффициент k_r= 1,05–1,1 учитывает падение напряжения в обмотках трансформатора и в тиристорах.

Расчетное действующее значение тока вторичной обмотки определяют по формуле

I_2ф.расч = k_I∙k_i∙I_d , (7.3)

где

I_d = (7.4)

где Р_Н – номинальная мощность двигателя постоянного тока; η – его к.п.д.

Коэффициент схемы k_I (табл.7.2) характеризует отношение токов I_2ф/I_d в идеальном выпрямителе, коэффициент k_i учитывает отклонение формы анодного тока тиристоров от прямоугольной и согласно экспериментальным данным составляет 1,05–1,1.

Действующее значение тока вентильной обмотки

I_{1ф.расч.} =I_{2 ф. расч.}/k_тр , (7.5)

где k_тр – коэффициент трансформации трансформатора,

k_тр = W1/W2=0,95U_1ф/U_2ф. (7.6)

Расчетная типовая мощность трансформатора

(кВА), (7.7)

где коэффициент k_s – коэффициент схемы (табл.7.2), характеризующий соотношение мощностей S/U_d∙I_d для идеального выпрямителя с нагрузкой на противоЭДС.

На основании расчетных данных (I_1ф.расч, I_2ф.расч , U2, Sтр) выбирается по справочнику преобразовательный трансформатор.

Таблица 7.2

Значения расчетных коэффициентов

Наименование схемы выпрямления	Коэффициенты
Однофазная двухполупериодная (нулевая)	1,11	0,707	1,34	3,14	1,41	0,5
Однофазная мостовая	1,11	0,707	1,11	1,57	1,41	0,5
Трехфазная нулевая	0,855	0,577	1,35	2,09	1,73	0,33
Трехфазная мостовая	0,427	0,817	1,05	1,05	1,73	0,33

Выбор вентилей

Производится по предельному значению тока, протекающего через прибор, и максимальному значению обратного напряжения с учетом условий охлаждения тиристора и отличия формы тока от полусинусоиды.

В трехфазных схемах тиристорных преобразователей при работе на якорь двигателя или на обмотку возбуждения со значительной индуктивностью силовой цепи ток, протекающий через тиристоры, имеет форму, близкую к прямоугольной, а угол проводимости λ составляет 120 °. В этом случае действующее значение тока I_д=1,73I_d/3.

Среднее значение прямого тока тиристора в заданной схеме управления определяется по формуле

, (7.8)

где k_з.I = (2–2,5) – коэффициент запаса по току, учитывает кратность пускового тока; m_T – число фаз преобразовательного силового трансформатора; k_охл – коэффициент, учитывает интенсивность охлаждения силового тиристора (k_охл = 1,0 при принудительном и k_охл = 0,33–0,35 при естественном воздушном охлаждении со стандартным радиатором, соответствующим данному типу полупроводникового прибора).

Расчетное значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к тиристорам, вычисляется по формуле

, (7.9)

где k_з.U = (1,4–1,6) – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможные повышения напряжения питающей сети и периодические выбросы U_обр, обусловленные процессом коммутации вентилей; k_Uoбp. (табл.7.2) – коэффициент обратного напряжения, равный отношению напряжений U_{обр.макс}/U_d0 для принятой схемы выпрямления; U_d0= U_2ф/k_U – напряжение на выходе преобразователя при α = 0.

По полученным данным выбираются силовые тиристоры, имеющие параметры:

I_TAN ≥ I_{ср.расч}; U_DRM, U_RRM ≥ U_{обр.расч} . (7.10)

Выбор сглаживающего реактора

Производится из условий обеспечения непрерывности тока двигателя во всем диапазоне нагрузок от I_d.мин до I_d.ном и изменении угла регулирования от α_мин до α = 90° , а также из условий ограничения пульсаций выпрямленного тока i_d до (0,03–0,05)I_d.ном, которые ухудшают процессы коммутации на коллекторе двигателя и увеличивают потери, и, соответственно нагрев двигателя.

С достаточной для инженерных расчетов точностью требуемая суммарная индуктивность якорной цепи преобразователь – двигатель L_d = L_дв + + L_тр + L_cp может быть определена по формуле

, (7.11)

где U_d1m – действующее значение первой гармоники выпрямленного напряжения;

I_{d min} – минимальный ток нагрузки преобразователя, принимаемый равным (3–5)% от I_d.ном;

m – число пульсаций выпрямленного напряжения за период частоты напряжения сети.

Действующее значение первой гармоники выпрямленного напряжения U_d1m при предельном угле регулирования α = 90° для соответствующего значения числа пульсаций m определяется по известному значению U_d0 (m=2, U_d1m/U_d0 = 0,93; m=3, U_d1m/U_d0 = 0,52; m=6, U_d1m/Ud0 = 0,26).

Необходимая индуктивность сглаживающего реактора

L_с.р= L_d.необх – (L_дв + L_тр), (7.12)

где L_дв = L_я.д + L_д.п – индуктивность якоря и дополнительных полюсов двигателя постоянного тока, определяется по табл. П1;

L_тр = x_T/2πf1 – индуктивность фазы трансформатора, приведенная к контуру двигателя, приближенно можно определить по зависимости

, (7.13)

где u_k % – напряжение короткого замыкания трансформатора (u_k% = = (3–6)%); ω_с = 2πfс – угловая частота первой гармоники напряжения сети при f₁=50 Гц.

Если L_тр в формуле (7.13) получилось меньше или равно нулю, то применять реактор в схеме (рис. 6.1) нет необходимости, т.к. сумма индуктивности L_дв + + L_тр достаточна для обеспечения непрерывности тока двигателя.

Выбор электрических аппаратов и защитных устройств

Для обеспечения защитных функций, контроля, дистанционного управления, видимого разрыва силовых цепей применяют коммутационные электрические аппараты.

В рассматриваемом примере в качестве коммутационных аппаратов использованы: разъединитель, автоматический выключатель, быстродействующие предохранители, контактор. Методика выбора рассматривается в дисциплине "Электрические и электронные аппараты".

Параметры выбранных аппаратов, преобразовательного трансформатора, силовых транзисторов, шунта RS и индикаторных приборовPV и PA отражены в табл. 7.3.

Таблица 7.3

Характеристики аппаратной и элементной базы

№ п/п

Обоз­начение

Наименование аппарата, элемента (тип)

Кол-во, шт

Электрические параметры

Конструкционные параметры

Диапазон температур, ОС

Габаритные размеры, мм H·B∙L

Масса, кг

Коэффи­циент нагрузки, kН

UН, В

IН, А

1

TV

Силовой трансформатор (тип, мощность)

1

2

VS

Силовые тиристоры (тип) с охладителями (тип)

6

3

QF

Автоматический выключатель (тип)

1

4

KM

Контактор (тип)

1

5

FU

Предохранитель (тип)

3

6

RS

Шунт калиброванный (тип, кл. точн.)

1

PA

Амперметр щитовой (тип, кл. точн.)

1

8

PV

Вольтметр щитовой (тип, кл. точн.)

1

Рекомендации:

1. Для дальнейшего выполнения задания необходимо изучить главу 3 (п. 3.3… п. 3.7).

2. Пример выполнения графической части задания показан на рис. 3.8 –3.16.

3. При вычислении значений a_мин, a_макс и К_п(1) можно воспользоваться графиками, приведенными на рис. 3.9а, б.