4. ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Целью контрольных работ является закрепление теоретических знаний по: 1) основам расчета ТП, выбора его отдельных элементов, построения и анализа основных характеристик, знакомство с динамическими процессами в преобразователе при обработке заданных входных сигналов управления; 2) построению механических характеристик асинхронных двигателей и расчету пусковых устройств двигателей с короткозамкнутым ротором.

При выполнении контрольных работ в расчетной записке следует привести весь ход решения, все используемые формулы; подставить числовые значения в формулы, указать размерности в единицах СИ. Схемы, рисунки и графики должны быть выполнены в соответствии с требованиями единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Страницы, формулы и рисунки следует пронумеровать. На страницах текста оставить справа поле шириной 5 см. Работы должны иметь титульный лист, на котором необходимо указать название института, факультета, дисциплины, номер выполненной работы и ее название и фамилию и инициалы студента, его шифр. В конце работ привести список использованной литературы, на которую даются ссылки в тексте. Работы должны быть датированы и подписаны исполнителем.

При переработке контрольных работ на основе замечаний преподавателя все исправления и дополнения следует выполнять так, чтобы преподаватель мог сопоставить прежнее и новое решение. При большом объеме переработки делаются вставки на отдельных листах или дополнения в конце текста. Обязательным является ответ на все вопросы и замечания преподавателя.

Варианты параметров определяются по трем последним цифрам шифра. Например, для шифра 99-783 первый параметр (см. табл. 1) выбирается по четвертому столбцу, второй – по седьмому, третий по пятому.

4.1. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

Задание

1. Рассчитать параметры ТП (трансформатор, ограничительный реактор, вентили, сглаживающий и уравнительный реакторы), привести полную электрическую схему преобразователя с подробным описанием ее работы и назначения всех элементов;

63

2. в соответствии с параметрами выбранных элементов схемы преобразователя рассчитать и построить:

а) регулировочную характеристику Ed = f(α1, α2);

б) электромеханическую характеристику системы тиристорного электропривода ωд = f(Id) для скорости двигателя: ±ωдн;

в) зависимость полной мощности и ее составляющих, коэффициента мощности от напряжения или скорости при выпрямленном токе Id = Iдн.

Исходные данные для различных вариантов приведены в табл. 1. Номер варианта выбирается студентом по последним цифрам шифра.

64

угла управления α

где величина Iдн·R∑ ориентировочно может быть принята равной (0,1 ÷ 0,2)· Uдн; ∆Uв = (0,1 ÷ 0,5) - напряжение спрямления вольт-амперной характеристики тиристора; А – коэффициент, характеризующий наклон нагрузочной характеристики преобразователя или преобразовательных групп (ПГ) от влияния коммутации вентилей (для мостовой схемы значение А = 0,5); ek% = (3 ÷ 7)% - напряжение короткого замыкания трансформатора.

4. Величина требуемого фазного напряжения на вторичной стороне преобразовательного трансформатора для мостовых схем ВП определяется соотношением

Преобразовательный трансформатор для рассматриваемых ВП выбирается в зависимости от силовой схемы преобразователя, конструктивного выполнения трансформатора, расчетных значений мощности, тока и вторичного напряжения, а также напряжения питающей сети.

5. Расчетные значения мощности первичной S1 и S2 обмоток трансформа-

тора

S1 = S2 =π3 Ed 0 I ДН = π3 Pd 0 ,

где Pd0 = Ed0·Iдн – максимальная расчетная мощность на стороне выпрямленного напряжения.

6. Действующее значение тока вторичной обмотки

I2 = 23 I ДН

7.Действующее значение тока первичной обмотки

I1 = 1k I2 ,

где k – коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора.

8. Выбор токоограничивающего реактора можно произвести следующим образом. По заданному значению номинального тока якоря электродвигателя определяется действующее значение тока, проходящего через токоограничи-

66

Далее выбираются вентили и по их каталожным данным находится допустимая величина скорости изменения тока di/dt.

При заданном значении напряжения питающей сети и известном значении IP выбирается токоограничивающий реактор. Затем проверяется, достаточна ли его индуктивность для ограничения величины di/dt по условию

где Uлп – линейное напряжение питающей сети; N – количество параллельно включенных тиристоров в блоке выпрямителя; K – 2 ÷ 3 коэффициент запаса.

9. Выбор тиристоров. Тиристоры выбираются по напряжению с учетом рекомендуемого рабочего напряжения схемы преобразователя Up, возможного повторяющегося перенапряжения Uп и возможного неповторяющегося (случайного) перенапряжения Uн. Необходимый класс вентилей по напряжению может быть выбран на основании соотношения

Uкл = Кп Кн 2 3 E2Ф,

где Кп = 1,25; Кн = 1,5 – коэффициенты, учитывающие повторяющиеся и кратковременные перенапряжения на вентилях.

10. Выбор вентиля по току должен производиться на основании величины максимального среднего значения тока, проходящего через тиристор

= KI I ДН

Ia 3 .

При больших токах необходимо использовать параллельное включение тиристоров. В этом случае их следует выбирать с таким расчетом, чтобы при выходе из строя одного из параллельно включенных тиристоров, установка могла завершить начатую работу с дальнейшей заменой поврежденного вентиля.

11. Выбор реакторов для ограничения уравнительных токов при согласованном управлении преобразовательными группами.

Требуемая индуктивность уравнительного реактора, исходя из заданного

67

допустимого значения уравнительного тока Iур, может быть определена из соотношения

где Uтл – амплитуда линейного напряжения анодной цепи преобразователя; ω – круговая частота питающей сети; Iур – допустимая величина уравнительного тока (та величина устанавливается в процессе проектирования, в большинстве случаев ее можно принять равной 10% от номинального тока электродвигателя); Кф – коэффициент, определяемый видом преобразователя и диапазоном изменения угла регулирования α. Значения Кф приведены в табл. 2. Так как привод предназначен работать в большом диапазоне изменения скорости вращения, то значение Кф следует выбирать из таблицы максимальным; n – количество фазных обмоток, находящихся в цепи уравнительного тока; Lтр – индуктивность фазы преобразовательного трансформатора, приведенная ко вторичной обмотке.

Таблица 2

где Īn – относительное значение амплитуды пульсирующего тока, определяемое

68

видом преобразователя и заданным диапазоном изменения выпрямленного напряжения.

Требуемая величина индуктивности сглаживающего дросселя определяется, исходя из имеющейся индуктивности цепи выпрямленного тока (трансформатора, якорной цепи электродвигателя, уравнительных реакторов, если они выбраны без насыщения от рабочего тока электродвигателя и т. д.) по соотношению

LСД = L∑ −n LТР −LУР −LЯД ,

где n – число фазных обмоток трансформатора, находящихся в цепи выпрямленного тока.

Индуктивность цепи якоря электродвигателя может быть определена из соотношения

U

LЯД =СХ ωДН ,

I ДН ДН Р

где Р – число пар полюсов; Сх – коэффициент равный 0,6 – для некомпенсированных; 0,1 – для компенсированных машин.

Если вместо трансформатора установлен токоограничивающий реактор, то при определении величины Lсд необходимо учесть его индуктивность вместо

Lтр.

13. Построение регулировочных характеристик Ed = f(α). Регулировочная характеристика Ed = f(α) в зоне непрерывного тока может

быть построена на основании соотношения

Ed = Ed 0 cos(α) .

При известной характеристике Ed = f(α) необходимо построить график выпрямленного напряжения на якоре электродвигателя при номинальном токе нагрузки в функции изменения α по соотношению

U яд = Ed 0 cos(α) −I Rвп

где Rвп – сопротивление цепи выпрямленного тока, за исключением сопротивления якоря электродвигателя.

На основании полученного графика определяется начальный угол регулирования ТП αмин и проверяется правильность выбора преобразовательного трансформатора.

14. Построение электромеханической характеристики системы ТП – Д.

69

Характеристика ω = f(I) может быть построена из соотношения

где (R∑ + Rк) – полное сопротивление цепи выпрямленного тока системы ТП – Д; Rк – коммутационное сопротивление, равное

где ха – приведенное ко вторичной цепи индуктивное сопротивление фазы преобразовательного трансформатора.

Прежде чем вести построение характеристики, необходимо при Iяд = Iдн из (1) определить значение углов регулирования α, соответствующих заданным значениям ωд.

15. Определение минимального угла инвертирования.

При работе преобразователя в инверторном режиме система управления ТП должна обеспечить ограничение величины минимального угла регулирования βмин с тем, чтобы избежать возможного прорыва инвертора. Этот угол должен быть больше суммы угла коммутации γ и угла, определяющего время восстановления отпирающих свойств вентиля δ, т. е.

βмин ≥γ +δ .

Величина угла коммутации определяется соотношением

γ =arccos[cos(α) − 2 Id Rк] −αмин,

Ed0

а значение

δ =ωπ 180D tвыкл.[эл.град.] ,

где tвыкл. – время выключения вентиля.

16. Определение полной мощности, ее составляющих и коэффициента мощности ТП.

16.1. Относительная величина полной мощности, потребляемой ТП из питающей сети при линейном изменении коммутационного тока, равна

SI =К1 π3 1 − К2 2γπ ,

где К1, К2 – коэффициенты, величина которых зависит от схемы ТП (для всех

70

шестифазных схем К1 = К2 = 1, для 12 фазной схемы К1 = 0,97, К2 = 4,27). 16.2. Относительная величина активной составляющей мощности

P=cos(α −γ2) cos(γ2) .

16.3.Относительная составляющая реактивной мощности

Q=cos(γ2) sin(α +γ2) .

16.4.Относительная величина мощности первой гармонической

S1 = P2 +Q2 =cos(γ2) .

16.5. Относительная величина мощности искажений

Sµ = SI2 −S12 . 16.6. Коэффициент мощности преобразователя

Kµ = P . SI

На основании приведенных соотношений для значения тока нагрузки строятся зависимости SI, S1, P, Q, Sµ, Kµ в функции относительного значения скорости вращения электродвигателя ωд/ωдн.

71

1.Рабочая программа …………………………………………………. 4

2. Библиографический список………………………………………… 9

3. Методические указания к изучению дисциплины.……………….. 10

62