Курсовая / MU_po_LR_SE

Рисунок 21 – Трехфазная нулевая схема выпрямления при работе на активно-индуктивную нагрузку с ПЭДС (а); диаграммы токов и

напряжений при допущении = 0, = 0 для режимов: прерывистого при Ld = 0 (б); прерывистого при = 0 (в); граничного при = 0 (г);

непрерывного при Ld = (д); граничного при = 0 и = (е)

31

При Ld = 0 ток через нагрузку проходит с момента подачи управляющего импульса до момента, когда мгновенное значение фазной ЭДС станет меньше ПЭДС (см. рис. 21 б). Угол управления a должен быть не меньше a min, при котором мгновенное значение фазной ЭДС станет равно ПЭДС. Режим работы прерывистый.

При Rd = 0 и Ld > 0 (см. рис. 21 в) ток через тиристор, за счет энергии запасенной в индуктивности, продолжает проходить и после момента, когда мгновенное значение фазной ЭДС станет меньше ПЭДС. Площадки, ограниченные кривой ud выше и ниже ПЭДС равны. При > 0 нижняя площадка меньше верхней. Режим работы прерывистый.

При уменьшении ПЭДС растет ток нагрузки, увеличивается угол проводимости вентиля . Когда он становится равным 120 градусам режим становится граничным (см. рис. 21 г). Этому режиму соответствует угол управления ., а также соответствующая индуктивность Если теперь увеличивать Ld, то ток становится непрерывным, а форма напряжения на нагрузке не меняется (см. рис. 21 д). При сравнении диаграмм рис. 21 д и рис. 68 б можно сделать вывод, что в непрерывном режиме процессы в выпрямителях не зависят от характера нагрузки и одинаковы при активноиндуктивной и активно-индуктивной с ПЭДС. Поэтому все соотношения, полученные при активно-индуктивной нагрузке в непрерывном режиме, справедливы и для нагрузки с ПЭДС в непрерывном режиме.

Как указывалось выше при работе на ПЭДС существует минимальный угол управления , при котором еще может быть включен тиристор. На рис. 21 е показан граничный режим, когда = =. При меньшем угле управления тиристор просто не включится (при узких управляющих импульсах). Минимальный угол управления = f(E).

Из рис. 21 б видно, что максимальная ПЭДС, на которую может работать выпрямитель, выполненный по трехфазной нулевой схеме, при = 60° равняется U 2. Если уменьшать величину ПЭДС, одновременно увеличивая угол , то при E = 0 достигнет 150°.

На рис. 22 а приведена регулировочная характеристика, соответствующая работе выпрямителя, выполненного по трехфазной нулевой схеме, на ПЭДС через активное сопротивление. На участке характеристики, показанном пунктиром, при углах управления меньших , тиристоры не могут включаться.

32

Рисунок 22 – Регулировочные и внешние характеристики при различных видах нагрузки в прерывистом и непрерывном режимах для

трехфазной нулевой (а) и трехфазной мостовой (б) схем

На рис. 22 а приведены также регулировочные характеристики для непрерывного и прерывистого режима при других видах нагрузки. В непрерывном режиме с ростом тока нагрузки регулировочная характеристика смещается вниз, т.к. возрастают потери.

На рис. 22 а выполнено приближенное построение внешних характеристик для соответствующих видов нагрузки и режимов. При увеличении тока прерывистый режим переходит в 33непрерывный, и далее внешняя ха-

рактеристика не зависит от вида нагрузки.

На рис. 22 б приведены соответствующие регулировочные характеристики и построение внешних характеристик для трехфазной мостовой схемы. Участки внешних характеристик, соответствующие прерывистому режиму, могут быть рассчитаны путем решения системы трансцендентных уравнений. Ток, при котором меняется режим, называется граничным и может быть определен по приближенной формуле

Коэффициент В зависит от схемы выпрямления: если m = 3, то В = 0,46, если m = 6, то В = 0,22.

При анализе формулы можно сделать вывод, что для уменьшения граничного тока нужно увеличивать .

По рис. 22 можно изучить влияние режимов и различных факторов на положение, наклон и вид характеристик. Так, например, при увеличении тока в непрерывном режиме регулировочная характеристика опустилась.

Вывод: основное влияние на вид регулировочных и внешних характеристик оказывает режим работы.

Задание для подготовки к эксперименту

Задание должно быть выполнено и оформлено в протоколе испытаний до начала проведения эксперимента.

1.Подготовить протокол испытаний, включающий в себя название, цель и содержание работы, принципиальную схему эксперимента, таблицы экспериментальных и расчетных данных.

2.Выполнить расчеты, прогнозирующие результаты эксперимента. 2.1 Рассчитать максимальные и минимальные напряжения на

тиристорах VS1, VS2, VS3, VS4, VS5, VS6.

2.2Определить амплитуду, временные интервалы управляющих

сигналов

2.3VS1 - VS6 и изобразить их на эпюрах напряжений 2.3 Кратко описать принцип работы управляемого выпрямителя.

2.4Привести структурную схему испытательного стенда.

Методика проведения эксперимента

Для проведения эксперимента необходимы: преобразователь частоты ТПТР-20-400-200/50, двигатель асинхронный 4А 1,5 кВт, нагружающее устройство для двигателя, тахометр.

Структурная схема эксперимента приведена на рис. 23.

Практическая часть проведения эксперимента заключается в

34

контроле напряжений контрольных точек согласно альбому cxeм.

Рисунок 23 – Структурная схема эксперимента

Эксперимент

Параметры элементов и режимы цепей в эксперименте следует выбирать соответствующими прогнозирующему расчету задания для подготовки к эксперименту.

1. Проверить, выключен ли экспериментальный стенд от сети. 2.Подобрать оборудование, измерительные приборы и их пределы

измерений, собрать схему экспериментальной цепи .

3.Проверить схему в присутствии преподавателя.

4.В присутствии преподавателя произвести необходимые измерения перед каждым переключением отключать стенд от сети.

5.Для трех различных частот вращения привода при фиксированной мощности на валу двигателя снять осциллограммы напряжений VS1-VS6.

6.Меняя нагрузку привода при фиксированной частоте, снять семейство внешних характеристик, контролируя их по току и напряжению балластного сопротивления фильтра звена постоянного тока.

Отчет

Отчет включает в себя:

–титульный лист с названием учебного заведения, кафедры и лабораторной работы, Ф.И.О. студента и преподавателя, годом и местом выполнения работы;

–протокол испытаний с заполненными таблицами всех экспериментальных и расчетных данных, подписанный преподавателем;

экспериментальными.

Вопросы к защите

1.Классификация выпрямителей.

2.Каковы особенности выпрямителей агрегатов, работающих с рекуперацией?

3.Область применения и характеристики выпрямителей.

4. Основные соотношения для выбора элементов схем выпрямителей.

5.Способы защиты выпрямителей от аварийных режимов.

6.Элементная база выпрямителей, эксплуатационные характеристики элементов

36

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. «ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ИНВЕРТОРА ДЛЯ УПРАВЛЯЕМОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

Цель работы – Исследовать основные соотношения трехфазного автономного инвертора напряжения (АИН).

Содержание работы:

1.Расчет основных соотношений идеализированного АИН.

2.Получение экспериментальных данных, характеризующих работу

АИН.

Краткие теоретические сведения 1. Трехфазный мостовой АИН

Автономный инвертор напряжения преобразовывает постоянное напряжение, подаваемое на его вход, в пропорциональное по величине переменное напряжение. Существует много схем АИН. Однако, наибольшее применение в электроприводе переменного тока получила трехфазная мостовая схема на полностью управляемых вентилях (транзисторах или запираемых тиристорах), приведенная на рис. 17.

В этой схеме управляемые вентили могут работать с длительностью открытого состояния = 120° и = 180°. При угле проводимости вентилей = 180° обеспечивается непрерывная связь фаз нагрузки с источником питания и лучшая форма напряжений на выходе, независимая от параметров нагрузки. Это обусловило более широкое применение такого управления.

Рассмотрим работу схемы при угле проводимости = 180° . В схеме всегда одновременно открыты три управляемых вентиля разных фаз, что обеспечивает независимость формы выходного напряжения на нагрузке от ее параметров.

Рисунок 24 – Транзисторный трехфазный мостовой автономный инвертор напряжения при соединении нагрузки звездой

37

Из алгоритма переключения транзисторов (рис. 25 а) видно, что возможны шесть независимых сочетаний открытых и закрытых состояний управляемых вентилей. Каждому сочетанию соответствует своя эквивалентная схема. На рис. 25 б — в для момента приведены эквивалентные схемы при нагрузке, соединенной звездой и треугольником.

Из эквивалентных схем видно, что при соединении нагрузок звездой каждая фаза включена либо параллельно другой фазе и последовательно с третьей, либо последовательно с двумя другими параллельно соединенными фазами. Поэтому к каждой фазе прикладывается напряжение равное Ud/3 или 2Ud/3 (при симметричной нагрузке), и фазное напряжение на нагрузке имеет двухступенчатую форму (см. рис. 25).

При соединении нагрузки треугольником к каждой фазе нагрузки либо прикладывается напряжение источника питания, либо в течение 1/6 периода фаза оказывается замкнутой на себя, т.е. фазное напряжение прямоугольное с паузой длительностью 1/6 периода (см. рис. 25 а). Линейное напряжение при соединении нагрузки звездой имеет такую же форму.

2. Расчет идеального трехфазного мостового АИН

При расчете АИН примем следующие допущения:

1)полупроводниковые ключи (встречно-параллельно включенные транзистор и диод) идеальны;

2)угол проводимости полупроводниковых ключей = 180° ;

3) нагрузка АИН активно-индуктивная.

На рис. 25 а приведены диаграммы фазного и линейного напряжения трехфазного мостового АИН, полученные при этих допущениях. Фазное напряжение имеет указанный вид при схеме соединения нагрузки звездой, а линейное - не зависит от схемы соединений.

Действующее значение линейного напряжения на нагрузке, исходя из диаграммы линейного напряжения

Дальнейший расчет выполняется методом основной гармоники. Если разложить в ряд Фурье кривую напряжения , амплитуда первого члена ряда

В разложении имеются, кроме первой, гармоники с номерами

K=mn±1

где m - произведение числа фаз на число пропускаемых полуволн (m = 3 2 = 6); n = 1, 2, 3... - натуральный ряд чисел.

38

Действующее значение первой гармоники линейного напряжения

Рисунок 25 – Диаграммы токов и напряжений в трѐхфазном мостовом АИН (а) и эквивалентные схемы при нагрузке соединѐнной

звездой (б) итреугольником (в)

Оно весьма близко к действующему значению линейного напряжения (отличается меньше, чем на 5%), т.к. амплитуды гармоник с ростом номера быстро убывают. Действующее значение первой гармоники фазного напряжения

В дальнейших расчетах индекс39"(1)" опускаем, т.к. расчет ведется

везде по первой гармонике. Отмечая идеальность схемы, будем применять индекс "0".

Тогда

Фазный ток при активно-индуктивной нагрузке имеет кусочноэкспоненциальную форму (рис. 26 а). Форма тока ближе к синусоидальной, чем форма напряжения из-за фильтрующего действия индуктивной нагрузки. Такой будет форма тока при работе на заторможенный асинхронный двигатель.

Ток вращающегося асинхронного двигателя существенно отличается от тока заторможенного из-за различия схем замещения асинхронного двигателя по 1-й и высшей гармоникам. Поэтому высшие гармоники тока при вращении двигателя выражены сильнее, чем у неподвижного. Из-за высших гармоник потери в меди обмоток статора возрастают на 10...15%, а в стали - на 13...50%. Тем не менее, для упрощения по-прежнему не будем учитывать высшие гармоники. После расчета по методу основной гармоники можно учесть это увеличение потерь.

Тогда фазный ток при активно-индуктивной нагрузке

где - полное сопротивление фазы нагрузки. Активная мощность, передаваемая в нагрузку

Здесь — угол сдвига тока нагрузки относительно напряжения. Мощность, потребляемая от источника питания.

40