ОА-033
Загальне число тиристорів у
випрямлячі визначається по формулі:
де:
КНПК - кількість
напівпровідникових груп у випрямлячі (КНПК=2).
3. Розрахунок елементів
схеми захисту від струмів короткого замикання і перенапруг
.1 Розрахунок і вибір
плавких запобіжників
Захист тиристорів у НПК
від струмів внутрішнього К.З. провадиться за допомогою швидкодіючих плавких
запобіжників типів ПНБ5, ПНВ - 5М и ПП 57. Запобіжники можуть або
встановлюватися в плечі НПК послідовно з тиристором або у фазі живильної
мережі. У випадку рівнобіжного включення тиристорів запобіжники встановлюються
в ланцюг кожного тиристора.
Вибір плавкої вставки
провадиться з урахуванням величини струму, що протікає через запобіжник при
нормальному режимі роботи НПК, величини напруги в момент спрацьовування,
температури навколишнього середовища, температури плавкої вставки до моменту
спрацьовування, кількості енергії, необхідної для спрацьовування запобіжника
(Wnp) і припустимого значення еквівалентного теплового впливу на тиристори
(Wтир), при цьому варто враховувати, що при виборі запобіжника струм його
плавкої вставки повинний розраховуватися по діючому (ефективному) значенню
струму в ланцюгу установки запобіжника, а напруга - за номінальним значенням
напруги живильної мережі (U1 чи U2).
У випадку паралельного
включення тиристорів при пробої одного з них аварійний струм внутрішнього К.З.
через запобіжник, встановлений у ланцюзі ушкодженого тиристора в Nn раз більше,
ніж струм у ланцюгу кожного з неушкоджених тиристорів.
Тепловий вплив
аварійного струму на неушкоджені тиристори в цьому випадку буде:
де:
Кзпр - коефіцієнт
запасу, рівний Кзпр = 1.2... 1.5, приймемо Кзпр=1,3.тир- максимально припустиме
значення інтеграла квадрата аварійного струму, при тривалості імпульсу струму
10мс і температурі напівпровідникової структури 125°С.
На підставі
розрахункових даних виберемо запобіжник. Дані обраного запобіжника в табл.3.1.
Таблиця 3.1 - Основні
параметри плавкого запобіжника ПП57-34671-У3
Iном, А
|
Uном,В
|
Iдоп, при 45˚С,А
|
Рном,Вт
|
Інтеграл плавління(WПР)*
|
630
|
660-850
|
475;600
|
150;180
|
200;300
|
.2 Розрахунок вибору елементів схеми
захисту від комутаційних перенапруг
При вимиканні силових тиристорів
випрямляча з - за обриву зворотного струму на індуктивності комутаційного
контуру виникає ЕРС самоіндукції, що сумуеться з комутуючою ЕРС. Результуюча
ЕРС звичайно називається комутаційною перенапругою. Для обмеження цих
перенапруг застосовуються захисні RC - ланцюги, що включаються паралельно
тиристорам.
Для розрахунку захисного ланцюга
необхідно знати амплітуду зворотного струму тиристора, що захищається, Іобр і
індуктивність контуру комутації LK, що визначається, як:
обр = 120мА;
Опір резистора захисного
ланцюга доцільно вибирати рівним хвильовому опору контуру, що складає з
комутаційної індуктивності і ємності захисного ланцюга. У цьому випадку існує
залежність між первісним стрибком напруги на резисторі ΔUr=ІобрR
і амплітудою напруги на ємності UСmax. Використовуючи цю залежність, можна
вибрати параметри захисного ланцюга в такий спосіб:
. Задаючи напругою на
ємності, визначають коефіцієнт перенапруги:
Сmax=2500B, тоді .
. Потім знаходимо з
графіка, приведених у [15].
. Обчислюють опір
резистора захисного ланцюга, рівний хвильовому опору контуру:
табл=12 кОм.
де:*r - відносна
величина початкового стрибка напруги.
. Обчислюється ємність
захисного ланцюга:
Резистор R захисного
ланцюга вибирається по потужності на підставі співвідношень:
Дані на обрані резистор
і конденсатор у таблиці 3.2.
Таблиця 3.2 - Дані на резистор
і конденсатор
Резистор
|
Конденсатор
|
Тип
|
R,кОм
|
Тип
|
Uc,B
|
C, пФ
|
ПЭ-150
|
12
|
МБМ
|
2500
|
0,5
|
.3 Розрахунок і вибір елементів
схеми захисту від зовнішніх перенапруг
Для захисту випрямляча від зовнішніх
неперіодичних комутаційних перенапруг можна використовувати також захисні RC
-ланцюга.
Величини опорів і ємності
вибираються зі співвідношень:
(3.1)
де:- число фаз вторинної
обмотки трансформатора;- діюче значення струму, приведеного до вторинного
ланцюга (для стандартного трансформатора ця величина може бути прийнята рівної
(3-7)% від I2);=0.05·I2=148А.
α1
- коефіцієнт, що визначає відношення амплітудного значення
випрямленної напруги до
діючого значенню фазної напруги. Для мостової схеми НПК:
Кз - коефіцієнт запасу;
мт - максимальна миттєва
напруга, що прикладається до тиристорів
при перенапругах,
величина його приймається рівної значенню припустимої неповторюваної напруги
Uмт = Uн =3031В;- максимальна розрахункова зворотна напруга схеми:
Тоді Кз=1,87.
- струм на виході
випрямляча захисного ланцюга.
При розрахунку R2
необхідно попередньо задатися величиною= (50-150)мА, вибираємо Id3 =0,15А,
потім після знаходження R1 і R2 необхідно уточнити його значення. Величина R2
повинна бути проконтрольована співвідношенням:
τ = R2C1 < 1 с.
Звідки: .
Табличні значення
опорів:табл=1Омтабл=3,6кОм.
Після визначення
розрахункових значень ємності й опорів необхідно визначити потужність для
резисторів і напругу для конденсаторів, зробити їхній вибір по каталогу і
вказати їхні паспортні дані в таблиці 3.3.
Потужність резисторів R1
і R2 визначається співвідношенням:
де:
Кn1 - коефіцієнт
перевантаження, Кn1=(8 - 10);
Приймемо Кn1=10.
Таблиця 3.3 - Паспортні
дані на резистори і конденсатор
Резистор R1
|
Резистор R2
|
Конденсатор C1
|
Тип
|
R, Ом
|
Тип
|
R,кОм
|
Тип
|
C, мкФ
|
ПЭ-150
|
6,2
|
ПЭ-150
|
3,6
|
Електролітичний
|
290
|
4. Вибір реакторів для обмеження
зрівняльних струмів
У двокомплектних реверсивних
випрямлячах при узгодженому керуванні НПК через нерівність миттєвих значень
напруги виникають статичні зрівняльні струми. Для їхнього обмеження в контурі
встановлюються зрівняльні реактори (ЗР). Так як, ми маємо справу з
розузгодженим способом керування, то для нашої схеми зрівняльний реактор не
потрібний.
5. Розрахунок індуктивності дроселя,
що згладжує
Індуктивність дроселя, що згладжує,
повинна визначатися як з умови забезпечення заданого коефіцієнта пульсації в
струмі навантаження, так і з умови забезпечення заданої ширини зони
переривчастих струмів. При проектуванні випрямляча необхідно перевіряти обидві
умови і вибрати більше значення індуктивності Lсд.
Відомо [1], що амплітуда першої
гармоніки пульсації вихідної напруги Um випрямляча залежить від кута керування α. Звідси можна визначити
максимальне значення цього кута, задаючись діапазоном регулювання вихідної
напруги, що визначається як:
(5.1)
де:- ЕРС на виході
випрямляча при мінімальному значенні кута
керування αmin
і максимальної величини діючого значення напруги живильної мережі
(граничного з урахуванням коливання, вираженого Кс);
, D=10.
ΔUd - середнє
значення сумарного падіння випрямленної напруги на елементах схеми випрямляча;
αmах
- максимальний кут керування (эл.град.);
Величина сумарного
падіння випрямленної напруги на елементах схеми випрямляча обчислюється таким
чином:
де:
ΔUвп-
спадання напруги в плечах випрямного моста з обліком кількості включених
тиристорів у ланцюзі навантаження, послідовного і рівнобіжного з'єднання пари
включених "тиристор - запобіжник" у кожному плечі;
ΔUa - спадання
напруги на сумарному активному опорі однієї обмотки чи трансформатора
токообмежуючого реактора, включеної в ланцюг навантаження;
ΔUд
- спадання напруги на активному опорі що згладжується дроселя, зрівняльного
реактора (при його наявності) ошиновки випрямляча;
ΔUγ - комутаційне
спадання напруги;ф1- число фазних обмоток трансформатора, включених у ланцюг
навантаження.
Розрахунок і вибір
складових, що вхідять у ΔUd, провадитися таким чином:
ΔUу
- середнє значення спадання напруги в тиристорі.
Величина ΔUв
обчислюється по формулі:
і Rд параметри
тиристора.
ΔUпр
- спадання напруги на запобіжнику;
де: - пульсність схеми
випрямляча;
ΔUвп=0.0004В
Якщо відсутні дані
активних опорів дроселя, що згладжує, зрівняльного реактора й ошиновки
випрямляча, то величина Uд, вибирається орієнтовно так:
ΔUд
= (0,005-0,015) Uдн
ΔUд=0.01·Uдн=9,3B.
ΔUd=48B;
;
.
Тоді необхідна
індуктивність дроселя, що згладжує, визначається по формулі:
(5.2)
де:
(gm2)ω - кругова
частота першої гармоніки пульсацій;
Кпт - коефіцієнт
пульсацій струму у відносних одиницях
Кпт=(0,02 - 0,1),
приймаємо Кпт=0,02.я- індуктивність якірного ланцюга електродвигуна.
Величина Lя обчислюється
по формулі:
де:
коефіцієнт K=0.1
Рд - число пар полюсів;
Оскільки по розрахунках
Lсд негативна величина, то дросель, що згладжує, у випрямлячі не потрібний.
6. Побудова характеристик
випрямляча
.1 Побудова регулівних
характеристик
Регулівна характеристика
Ud = f (α) для кожної з розглянутих схем перетворювача в зоні безупинного
струму може бути побудована при Id=Const на основі співвідношення:
Ud = Udo cosα
При відомій
характеристиці Ud = f (α) будуємо графік випрямленої напруги на якорі електродвигуна при
номінальному струмі навантаження у функції зміни α = 10 - 60 эл.град.
по співвідношенню:
яд = Ud0cosα
- ΔUd
Рисунок 6.1 - Регулівна
характеристика Ud = f (α)
Особливістю керованих
випрямлячів є його здатність регулювати середнє значення випрямленої напруги
при зміні кута α. При α=0 крива вихідної напруги відповідає випадку некерованого випрямляча
і воно максимально. Отже, при зміні кута керування здійснюється регулювання
напруги Ud. Коли Ud=0, йому повинний відповідати кут α=π.
Розбіжність викликана величиною ΔUd.
.2 Побудова
електромеханічної характеристики системи ТП - Д
Характеристика ωд
= f (Id) може бути побудована із співвідношення:
ТП-Д - повний опір
ланцюга випрямленного струму системи ТП - Д:
ТП-Д = Raц + Rтпp + Ra +
Rγ + Rсp
тпр - активний опір
тиристорів і запобіжників;
сд - активний опір дроселя,
що згладжується, зрівняльного реактора й ошинковки постійного струму;
Rγ - комутаційний
опір випрямляча, приведеного до вторинної обмотки трансформатора;пp - активний
опір плавкої вставки запобіжника, визначаеться як:
CeФ - визначаємо при
номінальних і
:
Електромеханічна
характеристика приведена на рис. 6.2.
Рисунок 6.2 -
Електромеханічна характеристика системи ТП - Д
ωд
= f (Id) для кутів, відповідних ωдн,
0,75ωдн, 0,5ωдн
.3 Побудова зони
переривчастих струмів
Для перетворювачів з
розузгодженим керуванням НПГ необхідно визначити зону переривчастих струмів
навантаження. Граничне значення переривчастого струму Іdгp визначає цю зону в
залежності від кута регулювання α у
загальному виді для будь-якого m - фазного перетворювача може бути визначене зі
співвідношення:
LΣ- сумарна
індуктивність ланцюга выпрямленного струму:
LΣ= 2La + Lcp + Lя
=3,2мГн
Після визначення Іdгр =
f(α) ця залежність будується графічно на сімействі навантажувальних
характеристик системи ТП - Д при α = 10 - 60 эл.град.
Рисунок 6.3 - Графік
залежності Іdгр = f(α)
.4 Визначення
мінімального кута інвертування
При роботі випрямляча в
инверторному режимі система керування повинна забезпечувати обмеження величини
мінімального кута регулювання (кута випередження інвертора) βmin
для того, щоб уникнути можливого прориву інвертора. Цей кут
повинний бути більше суми кута комутації γ і
кута, що визначає час відновлення замикаючих властивостей тиристора δ,
тобто βmin > γ + δ. Величина кута
комутації визначається співвідношенням:
(6.1)
А значення:
де:выкл - час вимикання
тиристора.
;
;
βmin > 0,35 рад.
.5 Визначення повної
потужності, її складових і коефіцієнта потужності випрямляча
Величина повної
потужності і її складових визначається при лінійному законі зміни комутаційного
струму на підставі приведених нижче співвідношень. Відносна величина повної
потужності, споживаної випрямлячем з живильної мережі дорівнює:
де:, K2 - коефіцієнт,
величина яких залежить від схеми випрямителя (для всіх 6-пульсних схем K1 = K2
= 1).
Відносна величина
активної складової потужності обчислюється по виразу:
Відносна величина
реактивної складової потужності дорівнює:
Відносна величина
потужності першої гармоніки:
Відносна величина
потужності перекручувань розраховується по формулі:
На основі приведених
співвідношень для двох значень струму навантаження 2Ідн і 0,5Ідн будуються розраховані
залежності у функції відносного значення швидкості обертання електродвигуна ωд/ωдн
=1; 0.75; 0.5. Для цього спочатку при заданих значеннях кутів регулювання α,
визначаються кути комутації γ, а
потім ведеться побудова шуканих залежностей.
а)
б)
а) для 2IДН
б) для 0,5IДН
Рисунок 6.5 - Графіки
залежності
.6 Розрахунок ККД
випрямляча
Коефіцієнт корисної дії
випрямляча розраховується по номінальному навантаженню Iдн по формулі:
де:н - активна
потужність на виході випрямляча при номінальному струмі навантаження:
ΔPтр
- втрати потужності в трансформаторі:
ΔРст
- втрати в сталі;
ΔРм-
втрати міді з паспортних даних;
ΔРу
- втрати в тиристорах:
ΔРf
- втрати в плавких запобіжниках:
кількість запобіжників,
Рf- втрати в
запобіжнику;
ΔРф
- втрати потужності в реакторі, що згладжує;
ΔРRC
- втрати потужності в резисторі RC ланцюга:
- число резисторів у RC
ланцюгах;потужність втрат у резисторах;
ΔРсн
- утрати потужності в допоміжних пристроях власних нестатків випрямляча (СІФУ,
вентиляція, сигналізація і т.п.):
ΔРсн
= (2 - 5)Рдн%
ΔРсн
=0,05·Рдн=170кВт;
.
Заключення
Були розраховані
параметри й обрані елементи силових ланцюгів керованих випрямлячів для
електроприводів постійного струму по заданих технічних умовах, а саме:
трансформатор для живлення випрямляча, тиристори, і проведена їхня перевірка за
ударним струмом, що згладжує дросель, елементи схеми захисту від зовнішніх і
комутаційних перенапруг, плавкий запобіжник.
Розраховані і побудовані
основні робочі характеристики випрямлячів: регулювальна, електромеханічна,
визначений мінімальний кут інвертування, зроблений розрахунок повної потужності
її складових і коефіцієнта потужності, а також ККД.
Перелік посилань
1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. Учебник для ВУЗов.- М:
Высшая школа, 1982. -496с., ил.
. Беркович Е.И., Ковалев Ф.И Полупроводниковые выпрямители. - 2
изд., переработаное. М.: "Энергия", 1978.-448с.
. СТП 20708.48.82-90. Курсовые и дипломные проекты (работы).
Правила оформления.-Запорожье: ЗМИ им. В.Я.Чубаря, 1983.- 14 с.
. ГОСТ 7.32-81. Отчет о научно - иследовательской работе. Общие
требования и правила оформления.-М.: Издательство стандартов 1981.- 14с.
. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова MB. Выполнение
электрических схем по ЕСКД. Справочник.- М.: Издательство стандартов 1989.- 325
с.
. Башарии А.В. и др. Примеры расчета автоматизированного
электропривода.-Л.:"Энсргия", 11Л2.-440с.
. Чиженко И.М и др. Основы преобразовательной техники. Учебное
пособие.- М.: Высшая школа, 1980.-430 с., ил.
. Чиженко И.М. Справочник по преобразовательной технике.-М.:
Киев.Техника, 1978.-447с.
. Резинский С.Р. Силовые полупроводниковые преобразователи в
металлургии.- М.: Металлургия, 1976,- 96 с., ил.
. Фншлер Я.Л. Преобразовательные трансформаторы,- М.:
"Энергия", 1974,- 222 с.
. Крупович И.В. Справочник по проектированию автоматизированного
электропривода.-М.: "Энергоиздат", 1982.- 416 с.
. Чебевский О.Г. Силовые полупроводниковые приборы.- М.:
"Энергия", 1975.- 160 с.
. Чебевский О.Т., Моисеев Л.Г. Силовые полупроводниковые приборы.
Справочник.- М.: "Энергоиздат", 1985.-401 с.
. Глух Е.М.,Зеленов В.Е. Защита полупроводниковых
преобразователей.- М.:"Энергия", 1970.- 152с., ил.
. Методические указания к выполнению курсовой работы «Расчет
выпрямителя для электропривода постоянного тока» по дисциплине «Электроника,
микропроцессорные и преобразовательные устройства».- Запорожье ЗГТУ, 2000.
Похожие работы на - Керований випрямляч великої потужності
|