Файл: Учебнометодическое пособие по учебной дисциплине Силовая преобразовательная техника.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 277
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
157 определяем реальное время перегрузки по формуле
с
пуск
н
пер
М
М
J
t
, (2.7) где J
- суммарный, приведенный момент инерции электропривода, кг
м
2
. Выбираем из J
= (1,2…1,3)J
дв
.;
н
– номинальная угловая скорость двигателя, с
-1
;
М
пуск
– пусковой момент двигателя, Н
м. Выбираем из М
пуск
=
М
н
;
М
с
– статический момент, Н
м. Принимаем М
с
=М
н
Номинальная угловая скорость двигателя рассчитывается по формуле
30
н
н
n
, (2.8) где n н
– номинальная частота вращения, об/мин (по заданию).
Номинальный момент двигателя определяется по формуле
Н
Н
Н
Р
М
(2.9)
Если условие (2.3) выполняется, то тиристор удовлетворяет режиму перегрузки.
4.3 Выбор СПП по напряжению
СПП должны выдерживать определенные напряжения, прикладываемые к ним как в прямом, так и в обратном направлениях. В полупроводниковом преобразователе СПП подвергаются воздействию рабочего напряжения и перенапряжений. Выбор СПП по напряжению осуществляется по формуле k
з.u
U
m
U
DRM
, (2.10) где k з.u
– коэффициент запаса по рабочему напряжению. Выбираем из k
з.u
=1,65
2;
U
m
-максимальное значение рабочего напряжения, прикладываемого к СПП в схеме, В;
U
DRM
- повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии, В.
Максимальное значение напряжения, прикладываемого к тиристору
(диоду) в схеме определяется по формуле
U
m
= U
mn
К
с
, (2.11) где U
mn
– амплитуда напряжения вторичной обмотки трансформатора,
В; к
с
– коэффициент схемы учитывающий возможность повышения напряжения сети. Принимаем к с
= 1,1.
Номинальное значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к вентилю для однофазных схем рассчитывается по формуле
158
U
mn
=
2
U
Н
(2.12)
Номинальное значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к вентилю для трехфазных схем рассчитывается по формуле
U
mn
=
2
3
U
Н
(2.13)
По неравенству (2.10) выбирается тиристор соответствующего класса по напряжению. Число сотен вольт U
DRM
определяет цифру класса по напряжению.
4 Порядок выполнения работы
4.1 Изучить теоретические сведения.
4.2 Выполнить проверку СПП по току. Исходные данные брать из практической работы №1 согласно варианту.
4.3 Выполнить проверку СПП по перегрузочной способности.
4.4 Выполнить выбор СПП по напряжению.
4.5 Составить отчет о проделанной работе.
4.6 Ответить на контрольные вопросы.
5 Содержание отчета
5.1 Название практической работы и цель практической работы
5.2 Расчет и результат выбора СПП по току, перегрузочной способности и напряжению
5.3 Параметры выбранных СПП, сведенные в таблицу
5.4 Выводы о выполненной работе
6 Контрольные вопросы
6.1 Опишите методику проверочного расчета проверка СПП по току.
6.2 Объясните необходимость проверки СПП по перегрузочной способности.
6.3 Поясните, что необходимо сделать, если выбранный СПП, не подошел проверку по току.
6.4 Перечислите классификацию СПП по классам напряжения.
Литература
159 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.
Практическая работа №3
Расчет питающего трансформатора (реактора). Выбор сглаживающего дросселя
1 Цель работы:
- сформировать умение выполнять расчет питающего трансформатора
(анодного реактора) и сглаживающего дросселя, а также производить их выбор
2 Оснащение рабочего места:
- методические указания по выполнению практической работы, справочная литература
3 Теоретическая часть
3.1 Расчет и выбор силового трансформатора (анодного реактора)
В случае, когда напряжение на двигателе не соответствует напряжению питающей сети, устанавливают силовой трансформатор. В случае, когда напряжение на двигателе совпадает с напряжением питающей сети, устанавливают анодный реактор для защиты от аварийных токов. а) расчет и выбор трансформатора;
Силовой трансформатор применяется для согласования номинального напряжения двигателя с напряжением сети.
Силовой трансформатор рассчитывается в следующей последовательности.
Определим фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора U
2Ф
,
В по формуле
k
k
k
E
U
R
c
ф
2 2
, (3.1) где Е
2
- ЭДС вторичной обмотки трансформатора, В; к
с
- коэффициент, учитывающий возможность снижения напряжения в сети. Принимаем к с
=1,1; к
R
- коэффициент, учитывающий напряжения на активных сопротивлениях трансформатора, падение напряжения на вентилях и падение
160 напряжения из-за коммутации вентилей. Принимаем к
R
=1,05; к
- коэффициент, учитывающий неполное открывание вентилей.
Принимаем к
=1,1.
ЭДС вторичной обмотки трансформатора рассчитывается по формуле
CX
U
E
2
, (3.2) где К
СХ
– коэффициент схемы выпрямителя.
Определим типовую мощность трансформатора S
Т
, В
А по формуле
P
k
S
p
T
, (3.3) где
p
k
- коэффициент, учитывающий превышение типовой мощности;
P
-мощность постоянных составляющих напряжения и тока выпрямителя, Вт.
Мощность постоянных составляющих напряжения и тока выпрямителя рассчитывается по формуле
Н
Н
Р
Р
(3.4)
Полная мощность трансформатора S, В
А, рассчитывается по формуле
T
i
R
c
S
k
k
k
S
2
,
(3.5) где К
i
- коэффициент непрямоугольности тока, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной. Выбираем из k
i
=1,05
1,1.
По справочнику выбираем трансформатор по соотношениям
S
н кат.
S
расч.
,
(3.6)
Индуктивное сопротивления фазы трансформатора Х
ТР
, Ом определяем по формуле
2 2
ТР
ТР
R
Z
Х
k
, (3.7) где Z
k
- полное сопротивление короткого замыкания трансформатора,
Ом;
R
ТР
– активное сопротивления фазы трансформатора, Ом.
Полное сопротивление короткого замыкания трансформатора определяем по формуле
%
100 2
2
*
н
Ф
k
k
I
U
e
Z
, (3.8) где e k
*
- относительное напряжение короткого замыкания
161 трансформатора, %. Выбираем из e k
*
= 4
5,5
;
I
2Н
– номинальный ток фазы вторичной обмотки трансформатора, А.
Номинальный ток фазы вторичной обмотки трансформатора определяем по формуле
Ф
Н
U
S
I
2 2
(3.9)
Активное сопротивления фазы трансформатора рассчитываем по формуле
,
2 2
н
кз
ТР
I
m
P
R
(3.10) где
P
кз
- потери короткого замыкания, Вт. Выбираем из
P
кз
= (0,02
0.035)
Р;
m
- количество фаз вторичной обмотки трансформатора. б) расчет и выбор анодного реактора.
Расчет анодного реактора производим по его индуктивности и ударному току.
Требуемое значение индуктивности анодного реактора L
АР
, Гн для ограничения тока короткого замыкания на уровне ударного определяется по формуле
УД
C
С
П
АР
I
n
U
К
L
2
, (3.11) где К
П
- коэффициент, учитывающий наличие свободной составляющей в токе короткого замыкания. Выбираем из К
П
= 1,6
2,0;
U
C
– фазное напряжение питающей сети, В. Принимаем U
C
=220В; n - количество реакторов, ограничивающих ток короткого замыкания;
С
– угловая частота питающей сети, Гц ( ????
с
=
f
2 );
I
УД
- ударный ток, который может протекать по прибору в течение
10 мс, А
Анодный реактор выбирается из каталога по соотношениям
L
Н.КАТ.
≥ L
АР
,
U
Н.КАТ.
≥ U
С
, (3.12)
I
Н.КАТ.
≥ I
Н
Если в результате расчета получили требуемое значение индуктивности анодного реактора, значительно превышающее каталожное, то требуется последовательное соединение нескольких реакторов. Однако это нецелесообразно и в этом случае поступают следующим образом. По выбранной (имеющейся в каталоге) индуктивности одного реактора рассчитывают значение ударного тока
162
АР
C
С
П
УД
L
n
U
К
I
2
(3.13)
По этому значению I
УД
по справочнику выбирают новый СПП.
Активное сопротивление анодного реактора R
АР
, Ом определяется по формуле
(3.14) где
P
нагр.АР
– потери мощности анодного реактора , Вт;
I
н.АР
– номинальный ток анодного реактора, А
4.2 Расчет и выбор сглаживающего дросселя
Для уменьшения пульсаций тока и ограничения зоны прерывистых токов в главной цепи двигателя применяют дополнительный сглаживающий дроссель.
Индуктивность якорной цепи L
ЯЦ
, Гн определяется по формуле
)),
180
(
1
(
2 0
0
п
п
МАХ
ГР
п
ЯЦ
m
ctg
m
I
f
m
Е
L
(3.15) где Е
О
– максимально возможное напряжение на выходе выпрямителя,
В;
I
ГР.MAX
- абсолютное наибольшее значение граничного тока, А. Выбираем из I
ГР.MAX
= (0,05...0,15)I
H
; f- частота питающей сети, Гц; m
п
– пульсность схемы.
Максимально возможное напряжение на выходе выпрямителя рассчитывается по формуле
сх
Ф
к
U
E
2 0
(3.16)
Индуктивность сглаживающего дросселя определяется из выражения
L
ДР
= L
ЯЦ
– L
ДВ,
(3.17) где L
ДВ
– индуктивность двигателя, Гн.
Индуктивность двигателя рассчитывается по формуле
,
2 60
H
H
H
ДВ
I
n
p
U
k
L
(3.18) где к - коэффициент пропорциональности, учитывающий исполнение
,
2
нАР
АР
нагр
АР
I
P
R
163 двигателя. Принимаем к =0,6; р - число пар полюсов.
Число пар полюсов рассчитывается по формуле
Н
f
р
2
(3.19)
После расчета индуктивности якоря определяем необходимость установки сглаживающего дросселя: а) если L
ДВ
L
ЯЦ
, то сглаживающий дроссель не требуется; б) если L
ДВ
L
ЯЦ
, то сглаживающий дроссель необходим.
По справочной литературе выбираем необходимый сглаживающий дроссель.
4 Порядок выполнения работы
4.1 Изучить теоретические сведения.
4.2 Произвести расчет и выбор силового трансформатора (анодного реактора).Исходные данные брать из практической работы №1.
4.3 Произвести расчет и выбор сглаживающего дросселя. Исходные данные брать из практической работы №1.
4.4 Составить отчет о проделанной работе
4.5 Ответить на контрольные вопросы
5 Содержание отчета
5.1 Название и цель практической работы.
5.2 Расчет и результат выбора трансформатора
(анодного реактора) и сглаживающего дросселя.
5.3 Таблица с параметрами выбранного трансформатора (анодного реактора).
5.4 Таблица с параметрами выбранного дросселя.
5.5 Выводы о выполненной работе .
6 Контрольные вопросы
6.1
Сформулируйте назначение трансформатора в схемах преобразователей
6.2 Перечислите условия когда возможно использовать анодный реактор.
6.3 Опишите назначение дросселя в схеме
6.4 Назовите условие, по которому определяется необходимость установки сглаживающего дросселя
Литература
164 1 Резисторы. Конденсаторы. Трансформаторы. Коммутационные устройства. РЭА. Справочник/Н.Н. Акимов [и др.].- Минск: Беларусь.1994 2 Кисаримов, Р.А. Справочник электрика/Р.А.Кисаримов- Патриот, 1991 3 Розанов, Ю.К. Силовая электроника: учебник для вузов/Ю.К. Розанов,
М.В. Рябчицкий, А.А Кваснюк.-М.:Издательский дом МЭИ, 2007.
165
Практическая работа №4
Расчет внешней характеристики выпрямителя
1 Цель работы:
- сформировать умение выполнять расчет и построение внешней характеристики выпрямителя для различных значений угла открывания вентилей
2 Оснащение рабочего места:
- методические указания по выполнению практической работы, справочная литература
3 Теоретические сведения
Внешней характеристикой преобразователя называется зависимость выходной ЭДС выпрямителя Е
d от тока нагрузки I
Н
при постоянном угле открывания тиристоров
, или Е
d
= f(I) при
= const.
В общем случае, внешняя характеристика представляет собой семейство прямых, наклоненных к оси абсцисс, описываемых уравнениями: а) для однофазных и трехфазных мостовых
В
ЯЦ
Н
U
R
I
E
U
2
)
cos
1
(
0
, (4.1) где
- угол открывания тиристоров, град;
∑R
ЯЦ
- суммарное активное сопротивление якорной цепи, Ом;
∑∆U
В
- суммарное падение напряжения на СПП, В.
Принимаем ∑∆U
В
= 2В. б) для трёхфазных нулевых
В
ЯЦ
Н
U
R
I
E
U
cos
0
(4.2)
Напряжение на якоре двигателя определяется выражением
ЯЦ
Н
Н
е
R
I
с
U
, (4.3) где Се - конструктивная постоянная электродвигателя при номинальном потоке возбуждения, В
с (здесь и далее считаем, что поток возбуждения соответствует номинальному значению).
Напряжение на якоре двигателя является выходным напряжением выпрямителя Е
В
,В, и определяется
166 а) для однофазных и трехфазных мостовых схем по формуле
2
)
cos
1
(
0
E
Е
В
(4.4) б) для трёхфазных нулевых схем по формуле
cos
0
E
Е
В
(4.5)
Исходи из предыдущей формулы, молено записать: а) для однофазных и трехфазных мостовых
2
)
cos
1
(
0
E
=
ЯЦ
Н
Н
R
I
Ce
(4.6) б) для трёхфазных нулевых
cos
0
E
ЯЦ
Н
Н
R
I
Ce
(4.7)
Воспользовавшись номинальными значениями скорости двигателя, тока якоря, напряжения на якоре и сопротивления якоря можно найти коэффициент
Се
Н
ЯЦ
Н
Н
R
I
U
Се
(4.8)
Суммарное активное сопротивление якорной цепи двигателя рассчитывается по формуле
∑R
ЯЦ
= R
Я
+ R
ДП
+ R
ТР(АР)
+ R
ДР
+ R
П
, (4.9) где R
Я
- сопротивление якоря двигателя, Ом (по заданию);
R
ДП
- сопротивление дополнительных полюсов, Ом (по заданию);
R
ТР(АР)
- активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора
(анодного реактора), Ом;
R
ДР
- активное сопротивление сглаживающего дросселя, Ом;
R
П
- сопротивление перекрытия анодов вентилей, Ом.
Активное сопротивление сглаживающего дросселя определяем по формуле
2
Н
КЗ
ДР
I
P
R
(4.10)
Сопротивление перекрытия анодов вентилей рассчитывается по формуле
2
ЯЦ
п
П
L
m
R
(4.11)
Выразив значения cos
можно рассчитать углы открывания вентилей: а) для однофазных и трехфазных мостовых
167
1
)
(
2
arccos
0
E
R
I
W
Ce
ЯЦ
Н
Н
(4.12) б) для трёхфазных нулевых
0
)
(
arccos
E
R
I
W
Ce
ЯЦ
Н
Н
(4.13)
Зная значения угла открывания
по формуле (4.1), (4.2) рассчитывается значение напряжения на якоре двигателя для токов равных номинальному току и 0,5I
Н
, т.е. по двум точкам построим внешнюю характеристику выпрямителя для каждого из значении угла открывания
. Рассчитанные значения представляются в виде таблицы и строятся внешние характеристики.
4 Порядок выполнения работы
4.1 Изучить теоретические сведения.
4.2 Произвести расчет внешней характеристики выпрямителя для значений угла открывания вентилей
, соответствующих скорости двигателя
Н
, 0,5
Н
и 0,1
Н
. Исходные данные брать из практической работы №1.
4.3 Построить внешнюю характеристику выпрямителя по полученным данным.
4.4 Составить отчет о проделанной работе.
4.5 Ответить на контрольные вопросы.
5 Содержание отчета
5.1 Название и цель практической работы.
5.2 Расчет внешней характеристики выпрямителя .
5.3 Таблица расчетов для построения внешней характеристики выпрямителя.
5.4 График зависимости Е
d
= f(I) при
= const для расчетных данных.
5.5 Выводы о выполненной работе .
6 Контрольные вопросы
6.1 Дайте определение внешней характеристики преобразователя.
6.2
Опишите порядок построения внешней характеристике преобразователя.
6.3 Проанализируйте вид внешних характеристик преобразователя в непрерывном режиме.
6.4 Объясните как определяются углы ????
????????????
и ????
????????????