Меню

Расчет тиристорного регулятора формулы

РАСЧЁТ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ

РАСЧЁТ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ

ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Студент группы 5ЭПб3а-2 А.А. Нестеренко

Преподаватель Д.В. Чернышев

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Факультет заочного и дистанционного обучения________________________

Специальность (направление)_13.03.02_ Электроэнергетика и электротехника профиль подготовки – Электропривод и автоматика______________________

ЗАДАНИЕ

На курсовой проект/работу

по курсу (дисциплине)__Силовая электроника______________________

Выдано студенту Нестеренко А.А

Тема курсового проекта/работы (распоряжение № 46 от «» _______2017г.)

Расчет тиристорного преобразователя для электропривода постоянного тока, вариант № 14__________________________________________

Срок сдачи проекта/работы _______________________________

Тип двигателя: ПБВ 100;

Номинальное напряжение, В:U=56;

Номинальная частота вращения, об/мин: n =1000;

Частота питающей сети, Гц: f = 60;

Номинальный ток якоря, А: I=54;

Полное сопротивление якорной цепи, Ом: Rя=0.046

Перечень вопросов, подлежащих разработке:

1 Содержание расчётно-пояснительной записки_____________________

2 Перечень графического материала_____________________________

Календарный план выполнения задания

Разделы курсового проекта/работы Дата выполнения

Руководитель проекта, _____________ ________Чернышев Д.В..______

должность, ученая степень ____________________________________

«____»___________ 2017 г.

Автор проекта, ____________ Нестеренко А. А

студент группы 5ЭПб3а-2

«____»___________ 2017 г.

1 Исходные данные для расчёта тиристорного преобразователя. 3

2 Расчёт параметров и выбор элементов тиристорного преобразователя. 4

2.1 Выбор преобразовательного трансформатора. 4

2.2 Выбор тиристоров. 7

2.3 Выбор реактора для ограничения уравнительных токов при согласованном управлении преобразовательными группами. 8

2.4 Выбор сглаживающего дросселя. 9

2.5 Расчёт и выбор элементов защиты тиристорного преобразователя от токов короткого замыкания и перенапряжений. 11

3 Расчёт основных характеристик тиристорного преобразователя. 15

3.1 Расчёт регулировочной характеристики. 15

3.2 Расчет электромеханической характеристики системы ТП-Д.. 18

3.3 Определение минимального угла инвертирования. 2

Список используемых источников. 2

1 Исходные данные для расчёта тиристорного преобразователя

Тип силовой схемы реверсивного преобразователя – встречно-параллельная трёхфазная нулевая с совместным управлением.

Тип электродвигателя, его параметры и параметры сети сведены в таблицу 1.1

Рисунок 1.1 – Схема реверсивного преобразователя

Таблица 1.1 – Параметры электродвигателя и сети

2 Расчёт параметров и выбор элементов тиристорного преобразова­теля

2.1 Выбор преобразовательного трансформатора

ЭДС двигателя при его работе в номинальном режиме определяется из выражения, В:

где Uдв.н – номинальное напряжение двигателя, В;

I дв.н – номинальное зна­чение тока электродвигателя, А;

Rя – полное сопротивление якорной цепи, Ом.

Едв.н = 56– 54 ∙ 0,046 = 53,52.

Ориентировочное значение ЭДС холостого хода, В:

где Едв.н – ЭДС двигателя при его работе в номинальном режиме, В;

К1 – ко­эффициент перегрузки электродвигателя по току;

I дв.н – номинальное зна­чение тока электродвигателя (I дв.н = I ), А;

RΣ – суммарное активное сопро­тивление цепи выпрямленного тока (величина I дв.н∙RΣ ориентировочно мо­жет быть принята равной (0,1- 0,2)∙Uдв.н);

∆Uв = 1 В – напряжение спрямления вольтамперной характеристики;

Кс – коэффициент, опреде­ляющий возможные колебания напряжения в питающей сети (величина Кс может быть принята 1,1 — 0,9);

αmin = 7 – 10 электрических градусов – мини­мальный угол регулирования преобразователя;

А – коэффициент, харак­теризующий наклон нагрузочной характеристики преобразователя от влияния коммутации вентилей (для трехфазной мостовой схемы А = 0,5);

Uk% = (3 – 7)% – напряжение короткого замыкания трансформатора;

= 1 – коэффициент, определяющий степень загрузки преобразовательного трансформатора.

Значение требуемого фазного напряжения на вторичной стороне пре­образовательного трансформатора определяется соотношением:

где U – линейное напряжение первичной обмотки трансформатора (напряжение сети), В;

U = ∙U – линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора (U = Е), В;

Действующее значение тока вторичной обмотки, А:

где I – номинальное среднее значение выпрямленного тока (I = I дв.н), А.

Действующее значение тока первичной обмотки, А:

Мощности первичной S1 и вторичной S2 обмоток, кВт:

где Рdo = Edo∙I – максимальная расчетная мощность на стороне выпрямленного напряжения, Вт.

Преобразовательный трансформатор выбираем по соотношениям (2.1) – (2.2). Параметры и тип преобразовательного трансформатора сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Параметры преобразовательного трансформатора

Мощность номинальная, кВт

Напряжения обмоток, В

Потери холостого хода, Вт

Потери короткого замыкания, Вт

Напряжение короткого замыкания, %

Ток короткого замыкания, %

Пересчитываем значение фазного напряжения на вторичной обмотке пре­образовательного трансформатора, В:

Находим уточнённое значение ЭДС холостого хода преобразователя , решая уравнение (2.1) относительно , В:

Выбор тиристоров

Определим максимальное обратное напряжение на вентилях для трёхфазной мостовой схемы, В:

Необходимый класс вентилей по напряжению выбираем на основании соотношения

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

Читайте также:  Комнатный регулятор температуры для электрокотлов протерм

Uкл = 1,25∙1,5∙752,6 = 1411,1В.

Выбор вентиля по току производим на основании максимального среднего значения тока, проходящего через тиристор, А:

где m2 = 3 – число фаз преобразователя.

Выбор тиристоров производим на основании соотношений (2.3) и (2.4). Выбираем низкочастотные тиристоры типа ТВ 200 со следующими техническими характеристиками:

Класс тиристора: 12

Допус­тимое повторяющееся напряжение тиристоров, В: Uп = 1200

Допус­тимое неповторяющееся напряжение тиристоров, В: Uнеп = 1400.

2.3 Выбор реактора для ограничения уравнительных токов при согласованном управлении преобразовательными группами

Требуемая индуктивность уравнительного реактора, исходя из данного допустимого значения уравнительною тока Iур, может быть оп­ределена из соотношения, Гн:

где Кд = 0,1– коэффициент действующего значения уравнительного тока;

U 2 m – амплитуда фазного напряжения, В;

ω – круговая частота питающей сети, с -1 ;

I ур – допустимое значение уравнительного тока (это значение устанавливается в процессе проектиро­вания, в большинстве случаев его можно принять 10 % от номинального тока двигателя), А.

Амплитуда фазного напряжения, В:

где U – линейное напряжение вторичной обмотки пре­образовательного трансформатора, В.

Круговая частота питающей сети, c -1 :

где f 1 – частота питающей сети, Гц.

Допустимое значение уравнительного тока, А:

I ур = 0,1∙ 490 =49.

Подставляя значения Кд, U 2 m , ω, I ур в формулу (2.5), определяем требуемую индуктивность уравнительного реактора

РАСЧЁТ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ

Источник

Расчет параметров тиристорного регулятора напряжения

Расчётно-графическая работа № 9

1.Краткие теоретические сведения

Принцип действия тиристора.

Фазоимпульсный способ управления тиристором.

Тиристорный регулятор напряжения.

2. Задание на расчет

3. Пример расчета параметров тиристорного регулятора напряжения

4. Контрольные вопросы

1.Краткие теоретические сведения

Принцип действия тиристора. Тиристор это полупроводниковый прибор с тремя или более -переходами, который имеют два устойчивых состояния и применяются как мощный электронный ключ. На рис. 1 показаны два типа тиристора, а именно:

с катодным управлением, рисунки1а и 1б,

с анодным управлением, рисунки 1в и 1г.

Рис.1. Структура p-n переходов и условные обозначения двух типов тиристоров

В отличие от диодов тиристор помимо анода А и катода К имеет еще один электрод УЭ, называемый управляющим. Это придает тиристору свойство не пропускать ток в прямом направлении, пока на управляющий электрод не подан сигнал. Этот сигнал отпирает тиристор, делая его проводящим ток в прямом направлении.

Рис.2. Типовая вольтамперная характеристика (ВАХ) тиристора

На рис.2 показана типовая вольтамперная характеристика тиристора. Обратная её ветвь аналогична характеристике обычного диода и не зависит от сигнала управления. В прямом направлении существует небольшой ток, который можно увеличить только подачей напряжения большой величины, превышающей пороговое значение Uвкл0. Это пороговое значение уменьшается при подаче на управляющий электрод сигнала в виде тока или напряжения. Таким образом, подачей кратковременных импульсов тока управления можно заставит тиристор проводить ток в прямом направлении, начиная с момента подачи импульса.

Типовые значения параметров маломощного тиристора: прямой ток составляет 1 А, обратное напряжение 200 В. Напряжение, подаваемое на управляющий электрод, составляет примерно1 В при токе 1 мА.

Тиристоры нашли свое применение в силовой электронике и электротехнике, где требуется формирование мощных питающих напряжений, токи в которых измеряются десятками и сотнями ампер, и питающих напряжений специальной формы с регулируемой частотой.

Фазоимпульсный способ управления тиристором.

В цепях переменного тока широко используется свойство тиристора оставаться включенным с момента подачи на управляющий электрод импульса напряжения до момента смены полярности приложенного напряжения. Длительностью включенного состояния можно управлять путем изменения момента подачи управляющего импульса. При этом будет меняться и среднее значение тока, протекающего через тиристор.

На рис.3 показаны временные диаграммы напряжения управления uу и напряжения на нагрузке uн в простейшей схеме фазоимпульсного управления тиристором, рис. 3.

Рис.3. Временные диаграммы и схема простейшего фазоимпульсного управления тиристором, выполненные в программе Electronics Workbench

На рис.3а. показаны временные диаграммы напряжения на нагрузочном сопротивлении 100 Ом (вверху рисунка) и напряжения генератора управляющих импульсов (внизу рисунка).

На верхней диаграмме момент включения тиристора характеризуется углом управления Угол управления характеризует также смещение по фазе управляющего импульса

относительно начала положительной полуволны входного напряжения. Поэтому такой способ управления тиристором называют фазоимпульсным.

На нижней диаграмме период повторения управляющих импульсов характеризуется углом , что в 2 раза меньше периода повторения фазы источника входного напряжения.

На рис.3б. показана схема простейшего фазоимпульсного управления тиристором.

Слева направо по вертикали показаны:

Читайте также:  Реле регулятор уровня жидкости

· Источник синусоидального напряжения 220 В и частотой 50 Гц.

· Генератор управляющих импульсов прямоугольной формы амплитудой 1 В, повторяющихся с частотой 100 и скважностью 50%. .Скважностью называют отношение длительности импульса к периоду его повторения. У генератора управляющих импульсов она может меняться от 0 до 100%.

· Нагрузочное сопротивление величиной 100 Ом.

Слева направо вверху рисунка показаны:

· Тиристор, рассчитанный на ток в открытом состоянии 1 А и напряжение включения Uвкл0 =400 В (см. рис.2).

· Двухканальный осциллограф: канал А подключен к нагрузочному сопротивлению, канал В подключен к источнику управляющих импульсов.

Тиристорный регулятор напряжения.

Схема, представленная на рис.3б, упоминается в литературе как управляемый выпрямитель, поскольку в нагрузке протекает регулируемый выпрямленный ток. В тех случаях, когда ток в нагрузке должен быть переменным, применяют схему с двумя тиристорами, включенных встречно — параллельно, рис.4б. Соответствующие этой схеме временные диаграммы напряжения uн на нагрузочном сопротивлении 100 и напряжения генератора управляющих импульсов uу приведены на рис 4а. Меняя с помощью специального регулятора скважность управляющих импульсов можно одновременно менять угол управления . При этом будет меняться действующее значение выходного напряжения Uвых. По этой причине подобные схемы называют тиристорными регуляторами напряжения.

Действующее значение выходного напряжения можно определить по известной формуле как корень квадратный от среднего за период квадрата напряжения:

Uвых = = . (1)

В этой формуле значение должно выражаться в радианах. Примерный график зависимости Uвых ( ) показан на рис. 5а. Угол правления в свою очередь зависит от скважности управляющих импульсов q:

= (1- q), (2)

причем q должно выражаться в долях, а не в процентах. Примерный график показан на рис.5б.

Рис.4. Временные диаграммы и схема тиристорного регулятора напряжения, выполненные в программе, выполненные в программе Electronics Workbench

Рис.5. Графики зависимостей выходного напряжения Uвых от угла управления (рис. 5а) и угла управления от скважности управляющих импульсов q (рис. 5б).

Характер наблюдаемых на рисунке зависимостей примерно одинаков, поэтому можно говорить о коэффициенте преобразования регулятора

Значение Кпр1 для среднего значения qср= 50% равно 3 B.

Зная коэффициент преобразования Кпр1и скважность управляющих импульсов q, всегда можно определить выходное напряжение Uвых
Uвых = Кпр q

Следует заметить, что вместо понятия «скважность управляющих импульсов» в литературе часто используется понятие «управляющий ток». В этом случае коэффициент преобразования регулятора определяют по формуле

Среднее значение Кпр2 равно 27,5 B/мА. Отношение двух коэффициентов преобразования регулятора определяется формулой:

Кпр1= Кпр2 0,12 [мА / % ]

2. Задание на расчет

1. Рассчитать коэффициенты преобразования тиристорного регулятора напряжения на 220 В, исходя из следующих заданных скважностей периодической последовательности управляющих импульсов q, таблица 1.

Таблица1. Варианты задания исходных данных для расчета коэффициентов преобразования тиристорного регулятора

Вариант q1 ,% q2 ,% q3 ,% q4 ,%
1-ый
2-ой
3-ий
4-ый
5-ый
6-ой
7-ой
8-ой
9-ый
10-ый
11-ый
12-ый
13-ый
14-ый
15-ый

При расчетах использовать приведенные в теоретической части формулы (1), (2) и (3).

2. Проверить правильность расчетов двумя способами:

· Используя для сравнения ориентировочный график регулировочной характеристики тиристорного регулятора. График будет подробно рассмотрен в нижеследующем примере расчета.

· Собрав схему согласно рис.6 и установив скважности q2 или q3 согласно своему варианту, измерить величину выходного напряжения Uвых. Измеренную величину следует сравнить с величиной, полученной путем расчета.

3. Пример расчета параметров тиристорного регулятора напряжения

Выберем пять значений q, которые вместе охватывают всю шкалу скважностей 0 -1,0, таблица 2.

Таблица 2.Шкала скважностей в виде 5 значений q, заданных в виде долей единицы.

Вариант q1 q2 q3 q4 q5
0-ой 0, 25 0,50 0,75 1,0

Используя формулу (2), рассчитаем на основе таблицы сначала пять значений , затем по формуле (1) пять значений нормированного выходного напряжения Uвых/Um и, наконец, по формуле (3) найдем пять значений нормированного коэффициента преобразования Кпр1/Um, Результаты расчетов занесем в таблицу 3.

Таблица 3.Три этапа расчета нормированного коэффициента преобразования Кпр1/Um,

q 0, 25 0,50 0,75 1,0
[рад] 0,75 0,5 0,25
Uвых/Um 0,21 0,5 0,67 0,71
Uвых [B]
Кпр1=Uвых/q [B/1]

Третья строка таблицы получена из второй путем умножения цифр на амплитудуUm= 220 =310 В. Четвертая строка получена из третьей путем деления полученных цифр на соответствующие показатели скважности первой строки.

Последняя цифра в четвертой строке Uвых=220 [B], определенная для q=1, свидетельствует о том, что расчет проделан правильно. Правильность расчета желательно подтвердить ещё и экспериментальным путем. Для этого соберем схему согласно рис.6 и измерим выходное напряжение, задав q, равным 0,5, что соответствует середине шкалы скважностей.

Читайте также:  Реле регуляторы для генераторов постоянного тока

Внимание! Для того, чтобы схема работала правильно, следует открыть диалоговые окна тиристоров и установить величину напряжения для открытия тиристоров в прямом направлении Uвкл0, (в окне forward breakover voltage) равной или большей амплитудного значения приложенного напряжения Um=308 В.

Рис. 6.Экспериментальная схема для проверки правильности расчета параметров тиристорного регулятора.

Из рисунка видно, что показание вольтметра незначительно отличается от рассчитанного значения Uвых =155 В, приведенного в таблице 3.

На основе таблицы 3 можно построить ориентировочно (по 5 точкам) регулировочную характеристику тиристорного регулятора, рис.7. Эту характеристику можно использовать для грубой проверки все расчетов Uвых, основанных на данных, приведенных в таблице 1.

Рис.7. Ориентиры для построения регулировочной характеристики тиристорного регулятора напряжения.

4. Контрольные вопросы

1. Каково устройство и принцип действия тиристора?

2. Как можно изменять величину напряжения открытия тиристора и как при этом изменяется его вольт-амперная характеристика?

3. Как влияет изменение величины скважности q на угол управления тиристорного регулятора?

4 .Что входит в состав тиристорного регулятора напряжения?

5.Опишите принцип действия тиристорного регулятора напряжения.

6. Что называют регулировочной характеристикой тиристорного регулятора напряжения?

7. Как можно зная угол управления αу рассчитать значение выходного напряжения тиристорного регулятора?

8. Каким образом можно определить фактический коэффициент преобразования регулятора αу/Δ q?

9. Как, зная коэффициенты преобразования Кпр1 тиристорного регулятора, построить его нормируемую регулировочную характеристику Uвых/Um= f (αу) ?

Источник



Расчет силовой части тиристорного регулятора

Дата добавления: 2015-09-15 ; просмотров: 1808 ; Нарушение авторских прав

Расчет проводится на базе конкретного примера в соответствии с методикой, изложенной в [9]. Исходными данными для расчета являются:

– номинальное среднее значение выходного напряжения;

– номинальная мощность нагрузки;

, – диапазон изменения входного напряжения;

– коэффициент пульсации напряжения на нагрузке.

Для рассматриваемого ниже примера полагаем:

, , , , .

В связи с тем, что в приложении 4 приводится программа расчета в системе MathCad, то при записи расчетных формул сохранена форма, аналогичная используемой в этой системе.

Электрическая схема силовой части тиристорного регулятора с дозированной передачей энергии в нагрузку приведена на рис. 5.6.

При использовании унифицированных низкочастотных тиристоров общего назначения максимальная частота коммутаций обычно не превышает . Для высокочастотных и быстродействующих тиристоров частотный диапазон расширяется до 10 кГц. Принимаем .

С учетом принятого значения емкость коммутирующего конденсатора рассчитывается по формуле:

, .

Напряжение на коммутирующем конденсаторе при этом будет равно

, .

Для полученных значений напряжения и емкости выбираем в качестве конденсаторы типа К72-9-200В-2.2мкФ в количестве 17шт. При этом суммарная емкость группы конденсаторов будет равна .

Полагаем, что в качестве ключей будут использованы тиристоры, у которых время восстановления запирающих свойств не превышает .

Принимая коэффициент запаса для минимального времени восстановления , определим значение индуктивности реактора

, .

Для нормальной работы регулятора необходимо обеспечить прерывистый ток в коммутирующем контуре. В режиме прерывистого тока должно выполняться неравенство

Значение правой части равенства, равное , меньше чем , следовательно, условие прерывистого тока в реакторе выполняется. Если оно нарушается, то необходимо изменить значение и провести перерасчет значений Ск и L.

Следовательно, в номинальном режиме для коммутирующей пары тиристоров рабочая частота будет в два раза меньше fк н=500 Гц.

Максимальное значение тока реактора найдем из следующего соотношения

, .

При этом действующее и среднее значения тока реактора при номинальном режиме могут быть с достаточной для практики точностью определены из следующих приближенных соотношений:

, .

– среднее значение тока реактора при номинальном режиме

, .

Максимальное значение напряжения на реакторе

, .

Для выбора полупроводниковых приборов определим максимальные и средние значения токов тиристоров и диода, а также максимальные напряжения, возникающие на них.

Максимальное значение токов тиристоров VS1-VS4 при номинальной нагрузке .

Среднее значение токов тиристоров VS1-VS4 при номинальной нагрузке

, .

Максимальное значение тока диода VD при номинальной нагрузке

, .

Среднее значение тока диода VD при номинальной нагрузке

, .

Максимальное значение напряжения на тиристорах VS1-VS4

, .

Максимальное значение напряжения на диоде VD

, .

С учетом рассчитанных токов и напряжений выбираются по методике, изложенной в разделах 2, полупроводниковые приборы, и определяется их тепловой режим. Конструктивные обмоточные данные реактора рассчитываются по методике, приведенной в разделе 4.1.4.

Источник