Файл: Учебнометодическое пособие по учебной дисциплине Силовая преобразовательная техника.pdf

146
Рисунок 4.4 – Схема подключения трехфазного управляемого выпрямителя к сети переменного тока
4.3 Собрать схему подключения напряжения задания для трехфазного управляемого выпрямителя (рисунок 4.5)
Рисунок 4.5 – Схема подключения напряжения задания для трехфазного управляемого выпрямителя
4.4 Исследовать работу трехфазного управляемого выпрямителя на активную нагрузку.
4.4.1 Собрать схему подключения активной нагрузки на выход трехфазного управляемого выпрямителя (рисунок 4.6)
Рисунок 4.6 – Схема подключения активной нагрузки на выход трехфазного управляемого выпрямителя

147 4.4.2 Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись
«Сеть»). Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей, находятся в положении
«выключено», а также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки.
4.4.3 Задать трехфазный режим работы управляемого выпрямителя, для этого установить тумблер в положение «Трехфазный» (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Угол управления, град.»).
4.4.4 Включить управляемый выпрямитель (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Угол управления, град.» перевести в положение
«Вкл.»).
4.4.5 Измерить среднее значение выпрямленного напряжения на выходе управляемого выпрямителя по вольтметру PV1, изменяя угол управления от 0 до 180 эл.град. (с помощью резистора задания R18 в окошке «Угол управления, град.») (данные занести в таблицу 4.1).
4.4.6По завершении исследования вывести резистор R18 в начальное положение, отключить управляемый выпрямитель (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Угол управления, град.» перевести в положение
«Выкл.»), отключить автоматические выключатели, расположенные в левой нижней части стенда – надпись «Сеть»
4.5 Исследовать работу трехфазного управляемого выпрямителя на двигательную нагрузку.
В качестве двигательной нагрузки используется двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, якорь которого включается на выход однофазного управляемого выпрямителя, а обмотка возбуждения получает питание от широтно-импульсного преобразователя (ШИП).
Паспортные данные ДПТ НВ
Тип – ПЛ-062
Номинальный КПД – 61 %
Номинальная мощность – 120 Вт
Номинальное напряжение – 220 В
Номинальный ток якоря – 0,95 А
Частота вращения – 3000 об/мин
Номинальный ток возбуждения – 0,18 А
4.5.1 Собрать схемы в соответствии с п. 4.2 и п. 4.3, или, при собранной схеме, убедиться в правильности подключения трехфазного управляемого выпрямителя к питающей сети (см. рисунок 4.4) и напряжения задания (см. рисунок 4.5).
4.5.2 Собрать схему подключения ШИП к трехфазной сети переменного тока (рисунок 4.7).

148
Рисунок 4.7 – Схема подключения ШИП к трехфазной сети переменного тока
4.5.3 Собрать схему подключения якоря двигателя на выход трехфазного управляемого выпрямителя (рисунок 4.8).
Рисунок 4.8– Схема подключения якоря двигателя на выход трехфазного управляемого выпрямителя
4.5.4 Собрать схему подключения обмотки возбуждения к ШИП (рисунок
4.9).
Рисунок 4.9 – Схема подключения обмотки возбуждения к ШИП
4.5.5 Собрать схему подключения напряжения задания для ШИП обмотки возбуждения (рисунок 4.10).
Рисунок 4.10 – Схема подключения напряжения задания для ШИП обмотки возбуждения

149 4.5.6 Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись «Сеть»).
Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей, находятся в положении
«выключено», а также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки.
4.5.7 Подключить релейно-контакторную схему управления (включить тумблер SA70).
4.5.8 С помощью магнитного пускателя K5 подключить ШИП, нажав кнопку SB74.
4.5.9 Включить ШИП возбуждения (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (возбуждение), %») и резистором R22 установить номинальный ток возбуждения ДПТ НВ равный 0,18 А по прибору
PA4.
4.5.10 Задать трехфазный режим работы управляемого выпрямителя (если он ранее не задан), для этого установить тумблер в положение «Трехфазный»
(тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Угол управления, град.»).
4.5.11 Включить управляемый выпрямитель (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Угол управления, град.» перевести в положение
«Вкл.»).
4.5.12 Измерить среднее значение выпрямленного напряжения на выходе управляемого выпрямителя по вольтметру PV1, изменяя угол управления от 0 до 180 эл.град. (с помощью резистора задания R18 в окошке «Угол управления, град.») (данные занести в таблицу 4.1).
4.5.13 По завершении исследования вывести резистор R18 в начальное положение, отключить управляемый выпрямитель (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Угол управления, град.» перевести в положение
«Выкл.»), отключить ШИП, отключить автоматические выключатели, расположенные в левой нижней части стенда – надпись «Сеть». Снять установленные перемычки.
Таблица 4.1 – Результаты исследований регулировочных характеристик трехфазного управляемого выпрямителя
Нагрузка
Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя активная

U
СР
двигательная

U
СР
После проведения экспериментальных исследований (см. п. 4.2-4.5) по

150 данным таблицы 4.1 построить регулировочные характеристики трехфазного управляемого выпрямителя при его работе на активную и двигательную нагрузки U
d
= f(

).
5 Содержание отчета
5.1 Название лабораторной работы и ее цели.
5.2 Схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя. Краткое описание работы данной схемы.
5.3 Таблица 4.1, заполненная по результатам опытов.
5.4Регулировочные характеристика трехфазного мостового выпрямителя при активной и двигательной нагрузках.
5.6 Выводы о проделанной работе.
6 Контрольные вопросы
6.1 Приведите формулу определения среднего значения выпрямленного напряжения для трехфазного мостового выпрямителя.
6.2 Перечислите достоинства и недостатки рассматриваемого выпрямителя.
6.3 Объясните принцип действия схемы трехфазного мостового выпрямителя.
6.4 Назовите область применения трехфазных выпрямителей.
Литература
1 Преображенский, В.И. Полупроводниковые выпрямители/В.И.
Преображенский. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 136 с.: ил.
2 Розанов, Ю.К. Силовая электроника: учебник для вузов/Ю.К. Розанов,
М.В. Рябчицкий, А.А Кваснюк.-М.:Издательский дом МЭИ, 2007.
3 Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов/ В.В.Москаленко – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 416 с.: ил.
4 Основы автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов/ М.Г. Чиликин [и др.]. – М.: Энергия, 1974. – 568с.: ил.

151
Практическая работа №1
Проектирование схемы СИФУ и выбор СПП по току нагрузки
1 Цель работы:
- спроектировать структурную схему СИФУ
- рассчитать и выбрать СПП по току нагрузки для питания двигателя постоянного тока
2 Оснащение рабочего места:
- методические указания по выполнению практической работы, справочная литература
3 Теоретические сведения
3.1 Структурная схема СИФУ
Система импульсно-фазового управления (СИФУ) называется так, поскольку управляющий сигнал имеет форму импульса, а фаза этого импульса может регулироваться. Рассмотрим в качестве примера проектирование структурной схемы СИФУ с однофазным мостовым управляемым выпрямителем, представленной на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Структурная схема СИФУ
Типовыми блоками СИФУ являются:
УС - устройство синхронизации обеспечивает связь с питающей сетью и согласование напряжений, их фильтрацию. УС отмечает переходы через ноль сетевого напряжения и формирует разрешающие сигналы, соответствующие положительным и отрицательным полупериодам сетевого напряжения.
ГОН - генератор развертываемого напряжения формирует, в данном случае пилообразное опорное напряжениена основании входного сигнала,возвращаясь в исходное состояние в момент подачи импульсов .

152
НО - нуль-орган (компаратор) сравнивает на входе пилообразное напряжение с напряжением управления и в момент их равенства меняет свое выходное состояние. Компаратор К преобразует в фазовый сдвиг, т.е. угол а.
ФДИ - формирователь длительности импульсов по переднему фронту сигнала формирует прямоугольные импульсы с длительностью, достаточной для надежного открывания тиристоров силового блока.
РИ - распределитель импульсов управляется сигналами выхода УС и служит для распределения импульсов по тиристорам.
ВФ1, ВФ2 выходные формирователи формируют открывающие импульсы по мощности, необходимой для надежною включения тиристоров, и обеспечиваю! потенциальную развязку СУ с силовым блоком.
3.2 Выбор силовых полупроводниковых приборов по току нагрузки
Силовые полупроводниковые приборы (СПП) характеризуются широким рядом параметров, которые определяют их статические и динамические свойства. Основными из этих параметров, которые позволяют осуществить обоснованный выбор СПП для проектируемого преобразователя, являются коммутационные параметры (токи и напряжения).
Выбор силовых вентилей заключается в сопоставлении параметров режима работы преобразователя с параметрами силового вентиля, которые назначены ему заводом-изготовителем и эти параметры носят название номинальных.
Порядок выбора СПП по току для режима работы и условий охлаждения соответствующих номинальным заключается в следующем.
Для выбора СПП рассчитывается номинальный ток нагрузки I
Н
, А по формуле
,

Н
Н
Н
U
P
I

(1.1) где Р
Н
– номинальная мощность двигателя, Вт (по заданию);
U
Н
– номинальное напряжение на якоре двигателя, В
(по заданию);

Н
– номинальный КПД двигателя (по заданию).
Зная величину номинального тока якоря, можно рассчитать среднее I
В.СР
,
А
Фi
К
2
Н
В.СР
I
I

,
(1.2) где К
фi коэффициент формы тока, принимаем К
фi
=1,57. также действующее I
В.Д
, А значение тока через вентили по формуле
Фi
К
Н
В.Д
I
I

(1.3)
Тиристоры выбираются по среднему значению тока через вентиль I
TAVm
,

153
А по формуле
I
TAVm

К
З.P.I

К
З.О

I
В.СР
, (1.4) где К
З.P.I
– коэффициент запаса по рабочему току. Принимаем
К
З.P.I
= 1,1;
К
З.О - коэффициент запаса, учитывающий отклонение условий охлаждения и режима работы вентиля от нормальных.
Принимаем К
З.О
= 1,1.
По справочнику [1] предварительно выбираем необходимый тиристор с нужным охладителем.
4 Порядок выполнения работы
4.1 Изучить теоретические сведения.
4.2 Спроектировать структурную схему СИФУ для выпрямителя (тип выпрямителя указывается преподавателем).
4.3 Выписать исходные данные из таблицы 1.1 согласно варианту.
4.4 Выполнить расчет и выбор СПП по току нагрузки.
4.5 Составить отчет о проделанной работе
4.6 Ответить на контрольные вопросы
Таблица 1.1 – Варианты заданий
5 Содержание отчета
5.1 Название и цель практической работы.
5.2 Структурная схема СИФУ для выпрямителя согласно варианту.
№ п/п
Тип двигателя Р
ном
, кВт
U
ном
,
В n
ном

ном
,
%
Сопротивления обмотки при 15

С,
Ом
λ
д
J , кгм
2
R
я
ï
ä
R
1 2ПО132МУХЛ4 1,3 110 800 65,5 0,472 0,308 3
0,038 2
2ПО132МУХЛ4 1,3 220 800 66,5 1,88 1,39 3
0,038 3
2ПО132МУХЛ4 1,8 110 1000 70 0,346 0,224 3
0,038 4
2ПО132МУХЛ4 1,8 220 1000 64,5 1,38 1
3 0,038 5
2ПО132МУХЛ4 2,8 110 1500 75,5 0,14 0,094 2,5 0,038 6
2ПО132МУХЛ4 2,8 220 1500 76,5 0,601 0,454 2,5 0,038 7
2ПО132МУХЛ4 4,5 110 2200 75,5 0,067 0,049 2,5 0,038 8
2ПО132МУХЛ4 4,5 220 2240 76,5 0,271 0,204 3
0,038 9
2ПО132LУХЛ4 1,6 110 800 71 0,322 0,27 3
0,048 10 2ПО132LУХЛ4 1,6 220 750 71 1,57 1,06 3
0,048 11 2ПО132LУХЛ4 2,2 110 1000 74 0,22 0,196 3
0,048 12 2ПО132LУХЛ4 2,2 220 1000 75,5 0,88 0,64 3
0,048 13 2ПО132LУХЛ4 3,4 110 1500 79 0,12 0,089 2,5 0,048 14 2ПО132LУХЛ4 3,4 220 1600 81 0,412 0,296 2,5 0,048 15 2ПО160МУХЛ4 2,5 110 750 75 0,235 0,151 3
0,083

154 5.3 Исходные данные в таблице 1.1 согласно своему варианту.
5.4 Расчет и результат выбора СПП по току.
5.5 Выводы о выполненной работе
6 Контрольные вопросы
6.1 Перечислите основные функции СИФУ.
6.2 Перечислите и опишите назначение блоков, входящих в состав структурной схемы СИФУ.
6.3 Опишите условия выбора СПП по току нагрузки.
6.4 Перечислите основные параметры СПП.
Литература
1 Чебовский, О. Г. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник /
О. Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недошивин. - 2-е изд., перераб. и доп. -
М.: Энергоатомиздат, 1985.
2 Гельман, М.В. Преобразовательная техника. Полупроводниковые приборы и элементы микроэлектроники: Учебное пособие/М.В.Гельман.-
Челябинск: Изд-во ЮурГУ, 2000.
3 Розанов, Ю.К. Силовая электроника: учебник для вузов/Ю.К. Розанов,
М.В. Рябчицкий, А.А Кваснюк.-М.:Издательский дом МЭИ, 2007.

155
Практическая работа №2
Проверка СПП по току и перегрузочной способности. Выбор
СПП по напряжению
1 Цель работы:
- сформировать умение выполнять проверку СПП по току
- сформировать умение выполнять расчет и проверку по перегрузочной способности
- сформировать умение выполнять расчет и выбор СПП по напряжению
2 Оснащение рабочего места:
- методические указания по выполнению практической работы, справочная литература
3 Теоретическая часть
3.1 Проверка СПП по максимальному току
Для проверки правильности выбора тиристора производится перерасчет максимального тока в прямом направлении
*
TAVm
I
, А по формуле 2.1
,
2 4
2
)
(
2 2
)
(
*
T
фi
ТО
T
ja
th
a
jm
T
фi
ТО
T
TAVm
r
k
U
R
T
T
r
k
U
I




(2.1) где U
T (TO)
- пороговое напряжение открывания тиристора, В; r
t
- динамическое сопротивление в открытом состоянии, Ом;
Т
jm
-максимальная температура перехода,

С
;
Та - температура окружающей среды,

С;
R
thja
– установившееся тепловое сопротивление переход–среда,

С/Вт.
Установившееся тепловое сопротивление переход–среда R
thja
,

С/Втопределяем по формуле
R
thja
= R
thjc
+R
thch
+ R
thha
, (2.2) где R
thjc
- тепловое сопротивлениепереход-корпус,

С/Вт [1];
R
thch
- тепловое сопротивлениекорпус-контактная поверхность охладителя,

С/Вт [1];
R
thha
– тепловое сопротивлениеконтактная поверхность охладителя

156 охлаждающая среда,

С/Вт. Принимаем R
thha
= 2,1

С/Вт.
При выполнении условия для тиристора считается, что прибор по току выбран правильно.
*
TAVm
TAVm
i
р
з
I
I
k

, где К
З.P.I
– коэффициент запаса по рабочему току. Принимаем К
З.P.I
= 1,1;
I
TAVm
– средний ток через вентиль (значение из практической работы
№1).
4.2 Проверка СПП по перегрузочной способности
Для обеспечения нормальной работы преобразователя в режимах рабочей перегрузки необходимо для выбранных по току СПП осуществить их проверку по перегрузочной способности.
Критерием нормальной работы СПП при перегрузке по току является выполнения условия t
m

t пер
,(2.3)
где t m
– максимально допустимое время перегрузки, за которое температура перехода достигнет максимально допустимогозначения, с; t
пер
– требуемое (реальное) время перегрузки, с.
Время t m
, с,определяется по графику зависимости переходного теплового сопротивления переход-среда Z
(th)tja
= f(t) для конкретных типов прибора, охладителя и интенсивности охлаждения[1]. Переходное тепловое сопротивление Z
(th)tja
,

С/Вт, для тиристора и диода определяется по формуле
T
)
OV
(
T
thja
T
a jm tja
)
th
(
P
P
R
P
T
T
Z




, (2.4) где P
T(OV)
– средние потери мощности при перегрузке, Вт;
P
T
- потери мощности предшествующей перегрузке, Вт.
Определим потери мощности на тиристоре при токе, предшествующем перегрузке
P
T
= U
T(TO)

I
TAVm
+
К
фi
2

r
T

I
TAVm
2
, (2.5) где К
фi коэффициент формы тока, принимаем К
фi
=1,57.
Определим потери мощности на тиристоре для тока, соответствующего перегрузке
TAVпер
T
фi
TAVпер
TO
T
OV
T
I
r
k
I
U
P
2 2
)
(
)
(




, (2.6) где I
TAVпер
- ток перегрузки тиристора, А . Принимаем I
TAV пер.
=

I
TAVm
При известных потерях мощности, определяется тепловое сопротивление переход-среда для тиристора по формуле (2.4).
По графику функции Z
(th)tja
=f(t) определяется время перегрузки допустимое для данного диода и тиристора.
При известном максимальном допустимом времени перегрузки,