Тиристорный преобразователь постоянного тока

         - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления (см. табл. 3.1);

     , , - расчётные коэффициенты (см. табл. 3.1);

       - коэффициент, учитывающий индуктивность сети переменного тока;

     - напряжение короткого замыкания и потери в меди трансформатора;

     k = 1- коэффициент, зависящий от схемы; 
 
 

    - суммарное активное сопротивление  цепи выпрямленного тока (обмоток  силового трансформатора, реакторов,  полное сопротивление якорной цепи электродвигателя, динамического сопротивления тиристоров и т.п. в зависимости от схемы ТП),

    , но, в дальнейшем, после сравнения с R_экв принимаем  = 3 Ом.

   При определении  необходимо предварительно задаться следующими величинами:

     

    примем   15°.

     Величина коэффициента определяется соотношением мощности системы ТП-Д и питающей сети. Если эти мощности соизмеримы, то обычно выбирают в пределах 1.3 - 1.5. Это относится, в основном, к мощным приводам. При проектировании маломощных электроприводов (до 10 кВт) и электроприводов средней мощности величину уменьшают до 1.0 - 1.2. Принимаем равным 1, так как электропривод маломощный.

   Рассчитаем  :

   

   

     

   Расчётная мощность трансформатора определяется по формуле

                        (3.2)

   где - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления (таблица 3.1). 

   Величина  требуемой фазной ЭДС на вторичной  стороне силового трансформатора

     

   Действующее значение тока первичной обмотки:

    , где K_тр=0.95U_1ф/E_2ф; 

   K_тр=0.95U_1ф/E_2ф=2.9; 

    ;

   Действующее значение тока вторичной обмотки: 

    ;

    ; 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Выбор силового трансформатора

   Отсутствие  промышленных образцов трансформаторов  с расчётными параметрами вызывает необходимость проектирования трансформатора со следующими данными:

Мощность S=850 ВА

Первичное напряжение U₁=380 В.

Вторичное напряжение U₂=72 В.

Действующее значение тока первичной обмотки I₁=1.22 А.

Действующее значение тока вторичной обмотки I₂= 4.33 А.

Параметры обмоток  трансформатора находятся следующим  способом. 

Полное сопротивление  фазы трансформатора:

 

Активное сопротивление  фазы трансформатора:

 

Индуктивное сопротивление  питающей фазы:

 

Индуктивность фазы трансформатора:

 

Эквивалентное сопротивление преобразователя:

 

   Значение  R_экв отличается от R_с не более чем на 15 % (в данном случае на 10%), поэтому пересчёт E_d0 не нужен. 
 
 

   3.2 Выбор тиристоров 

   В схемах статических преобразовательных устройств силового типа широко применяются тиристоры, которые являются нелинейными электрическими ключами, работающими в функции тока управления.

   На  основании технических условий  на разработку и номинальных данных преобразователя необходимо выбрать тиристоры, схему соединения и число вентилей в эквивалентной схеме ключа.

   Выбор тиристора по напряжению и его  класс осуществляется на основании  следующей расчетной формулы

          ,          (3.3)

где - коэффициент равномерности деления напряжения по последовательно соединенным тиристорам (при N=1, =1); 
 

   N - число последовательно соединенных тиристоров в схеме эквивалентного вентиля;

    - коэффициент нагрузки, значение  предварительно принимается =0.5;

   

   Округляем результат до сотен и делим на 100, получим класс тиристора – 3й класс.

   Выбор тиристора по току производится на основании величины максимального  среднего значения тока, проходящего через прибор. 

   

   Выбираем  тиристор по двум параметрам - и .

   По  справочнику находим тиристор Т10-10-3

   Его параметры:

   Iср = 10 А,

   Uобр.мах = 300 В,

   I_вкл = 100 мА,

   I_упр = 1.85 А,

   dU_экр/dt = 300 В/мкс,

   t_откл = 150 мкс.  

   3.3 Выбор уравнительных реакторов

   В двухкомплектных реверсивных вентильных преобразователях при совместном управлении ПГ из-за неравенства мгновенных значений напряжений возникают статические уравнительные токи. Для их ограничения, а также для ограничения скорости нарастания аварийного тока при аварийном опрокидывании инвертора, в уравнительном контуре устанавливаются реакторы.

   Требуемая индуктивность уравнительного реактора, исходя из заданного допустимого значения уравнительного тока I_Ур, может быть определена из соотношения:

,               (3.4)

где E_2фm=U_2ф.m     - амплитуда фазного ЭДС для шестифазной нулевой перекрестной схемы;

I_Ур - действующее значение уравнительного тока (в большинстве случаев его можно принять равным 10% от номинального тока электродвигателя);

К_Д - коэффициент действующего значения I_Ур, определяемый видом преобразователя и диапазоном изменения угла регулирования a. Величина К_Д может быть определена на основании кривых рисунка 2 (1 - трехфазная нулевая перекрестная схема; 2 - трехфазная встречно-параллельная схема; 3 - трехфазная мостовая перекрёстная и шестифазные нулевые перекрестные и встречно-параллельные схемы; 4 - 12-фазная встречно-параллельная и перекрестная схемы).

   Найдём  угол:

   

   

   kФ = 0.471;

   ω_н = 104.7 рад/с;

   I_яхх = 1.5 А;

   R_э = 2 Ом:

   α = 77 град;

  . 
 
 

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Рисунок 2 – Зависимость коэффициента К_д от угла регулирования α 

По справочнику  выбираем уравнительные реакторы по номинальному току двигателя и .В схеме их нужно в количестве 2х штук, поэтому полученную ранее индуктивность нужно поделить на 2, получаем 17.3 мГн. Выбираем следующий уравнительный реактор:

   РОС  16-0.5 – реактор ограничительный сухой.

   Его параметры:

    = 20 мГн;

     I_ном = 160 А;

     I_ур = 25 А.

     R = 12.87 Ом. 

   Индуктивное сопротивление фазы:

     
 
 
 
 

   

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   4 СИСТЕМА ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ

   

   

   4.1 Описание работы СИФУ 

   В данном разделе на основе анализа  литературы выбираем подходящий вариант  СИФУ. Систему импульсно – фазового управления выбираем из источника [1]. В этом справочнике находим схему, которая наиболее подходит той, что задана вариантом. СИФУ электропривода типа “КЕМРОН” имеет согласованное управление, предусмотрено адаптивное управление коэффициентами усиления контура скорости на низких скоростях. Большое число электронных защит исключает выходы из строя элементов преобразователя в аварийных ситуациях.

   Система импульсно-фазового управления (СИФУ) привода выполнена по вертикальному принципу и состоит из трех одинаковых каналов управления для каждой из фаз питания R, S и Т.

   Блок-схема  СИФУ показана на рисунке 3, а диаграмма ее работы — на рисунке 4 и особых пояснений не требуют.

   Напряжение  синхронизации Uх- (Uy, Uz) подается на каналы СИФУ с трансформаторов Т13, Т14, Т15 соответственно. Это напряжение задерживается цепочкой П1 — С31 приблизительно на 63 эл. град, и подается на ключи ИС11 и ИС12. Напряжения на выходах ключей взаимоинверсны, однако фронты этих напряжений сдвинуты за счет C15 подачи разнополярного смещения, регулируемого потенциометром П7. Формируемый на элементе «Я» короткий отрицательный импульс запускает ждущий генератор пилообразного напряжения, выполненный на ОУ ИС13 и транзисторе Т21.

   На  элементах ИС14 и ИС15 осуществляется сравнение  величины   пилообразного напряжения с управляющими напряжениями, поступающими с ОУ ИС27 и ИС28. Выходные напряжения ИС14, ИС15 дифференцируются и через схемы «И» управляют усилителями T25, Т26 анодной группы тиристоров и ТЗ0, Т31 катодной группы. Следует особо отметить, что в формировании управляющего напряжения СИФУ (рисунок 5) участвует напряжение функционального преобразователя.

   Для анодной группы Uynp=+ Upт + U_Cм—Uфп; для катодной группы U^Kynp = —Upt + U_CM—Uф_П. Видно, что в анодной группе напряжение Uф_П снижает темп сдвига управляющих импульсов влево, а в катодной, наоборот, ускоряет их сдвиг вправо, что уменьшает уравнительные токи и обеспечивает согласованно-раздельное управление приводом. Точка перехода от одного вида управления к другому лежит в районе частоты вращения 300-500 об/мин.

   Потенциометром  П8 устанавливается начальный угол запаздывания зажигания α_Нач, чему соответствует U_упр=—5 В.

   Диод  Д134 в цепи ООС ИС27 ограничивает положительное напряжение на выходе до уровня 0,7 В, что исключает возможность «срыва» генерации управляющих импульсов, так как амплитуда положительного выброса напряжения пилообразной формы составляет большую величину — 2 В.

   Конденсатор СИЗ предназначен для фильтрации пульсаций тока.

   На  рисунке 6 показана схема «И» и генератор пилообразного напряжения. При закрытом транзисторе Т21 конденсатор С60 заряжается от источника питания + 15 В, формируя линейно-изменяющееся выходное напряжение. Его крутизна, и следовательно амплитуда, регулируются потенциометром П2. В короткие моменты открытия транзистора Т21 конденсатор С60 быстро разряжается.