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

68

69
Занятие 10
Схема трехфазного мостового выпрямителя.
Рассмотрим режим работы выпрямителя при L=0, α=0. Коммутация с одного вентиля на следующий происходит в моменты, соответствующие пересечению синусоид фазных напряжений вторичной обмотки трансформатора. Как видно

70 из диаграммы вентили схемы проводят ток 1/3 периода.
Рисунок 13.2 – временные диаграммы работы трехфазного мостового выпрямителя
Среднее значение выпрямленного напряжения :
????
????
= К
СХ
????
2
= 2,34????
2
, К
СХ
= 2,34
Максимально значение обратного напряжения, приложенному к запертому диоду:
????
обр.????
= √2 ∙ √3????
2
= √6????
2
Среднее и действующее значение тока вентиля:
????
в.ср
=
????
3
, ????
в
=
????
√3

71
Занятие 11
Тема 2.3 Расчет и выбор силовых элементов выпрямителя
Выбор силовых вентилей заключается в сопоставлении параметров режима работы преобразователя с параметрами силового вентиля.
Методика расчета СПП :
1)Выбор СПП потоку
2) Проверка СПП по максимальному току
3) Проверка СПП по перегрузочной способности
4) Выбор СПП по напряжению
Выбираем диоды и тиристоры для нормального режима работы и нормальных условий охлаждения, которые характеризуются следующими параметрами:
- частота напряжения питающей сети, f = 50 Гц;
- коэффициент формы тока для однофазных К
фi
=1,41, для трехфазных
1,57;
- угол проводимости вентиля,

=180

;
- температура окружающей среды, Та=40

С;
- скорость охлаждающего воздуха, V=6 м/с.
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) 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
,
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.
Диоды выбираются по среднему значению тока через вентиль I
FAVm
, А по формуле

72
I
FAVm

К
З.P.I

К
З.О

I
В.СР
(1.5)
По справочнику [1] предварительно выбираем необходимый тиристор или диод (в соответствии с заданием) с нужным охладителем.
Для проверки правильности выбора тиристора и диода производится перерасчет максимального тока в прямом направлении
*
FAVm
I
, А для диода по формуле
T
фi
ТО
ja
th
a
jm
T
фi
ТО
FAVm
r
k
U
R
T
T
r
k
U
I
2
)
(
2 2
)
(
*
2 4




,
(1.6) также
*
TAVm
I
, А для тиристора по формуле
T
фi
ТО
T
ja
th
a
jm
T
фi
ТО
T
TAVm
r
k
U
R
T
T
r
k
U
I
2
)
(
2 2
)
(
*
2 4




,
(1.7) где U
T (TO)
- пороговое напряжение открывания тиристора, В;
U
(TO)
- пороговое напряжение открывания диода, 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
, (1.8) где R
thjc
- тепловое сопротивлениепереход-корпус,

С/Вт (см. приложение А);
R
thch
- тепловое сопротивлениекорпус-контактная поверхность охладителя,

С/Вт(см. приложение Б);
R
thha
– тепловое сопротивлениеконтактная поверхность охладителя - охлаждающая среда,

С/Вт. Принимаем R
thha
= 2,1

С/Вт.
При выполнении условия для диода
*
FAVm
FAVm
i
р
з
I
I
k

, (1.9) и при выполнении условия для тиристора
*
TAVm
TAVm
i
р
з
I
I
k

, (1.10) считается, что прибор по току выбран правильно. Если условия 1.9 или 1.10 не выполняются , то необходимо повторить расчет с формул (1.4), (1.5) , выбрав из справочника прибор с током на ступеньку выше или ниже.

73
Занятие 12

74
Занятие 13
Классификация системуправления.

75
Занятие 14
Структурная схема СИФУ. Типовые блокиСИФУ.
неискаженного, синусоидального напряжения, потенциально развязанного с сетью, с соответствующей амплитудой и фазой. УС отмечает переходы через ноль сетевого напряжения (Uсинх) и формирует разрешающие сигналы Up1 и Uр2, соответствующие положительным и отрицательным полупериодам сетевого напряжения.
ГРН - генератор развертываемого напряжения формирует, в данном случае пилообразное опорное напряжение Un на основании входного сигнала Uon, возвращаясь в исходное состояние в момент подачи импульсов Uсинх.

76
НО - нуль-орган (компаратор) сравнивает на входе пилообразное напряжение Uпил с напряжением управления Uу в момент их равенства меняет свое выходное состояние. Компаратор К преобразует Uу в фазовый сдвиг, т. е. угол а.
ФДИ - формирователь длительности импульсов по переднему фронту сигнала Uно формирует прямоугольные импульсы с длительностью, достаточной для надежного открывания тиристоров силового блока.
РИ - распределитель импульсов управляется сигналами Up1 и Up2 с выхода УС и служит для распределения импульсов Ugt пj тиристорам VS1...VS4.
Он формирует на выходе открывающие импульсы Ugt1
и Ugt2.
ВФ1, ВФ2 - выходные формирователи формируют открывающие импульсы по мощности, необходимой для надежного включения тиристоров, и обеспечивают потенциальную развязку СУ с силовым блоком.
ГВИ - генератор высокочастотных импульсов генерирует импульсы высокой частоты. Он необходим, если управление тиристорами осуществляется широкими импульсами (для исключения насыщения импульсных трансформаторов ВФ).

77
При изменении Uy изменяется угол α, что приводит к изменению длительности проводящего состояния тиристоров СБ и регулированию величины выпрямленной ЭДС Е.
В данном случае, уменьшению Uy соответствует уменьшению угла α и, следовательно, увеличению выходной ЭДС Е, что неудобно, т.к. при Uy = 0, Е=Еmax, а необходимо, чтобы при Uy = О Е=0. Для исключения этого вводится напряжения смещения Ucм подаваемое на компаратор К дополнительно к Uу и Uсм.

78
Занятие 15
Характеристика управления СИФУ.
Характеристикой управления СИФУ называется зависимость угла открывания вентилей α от напряжения управления U
У
на входе СИФУ, или

= f(U
У
). Характеристика управления СИФУ, с учетом напряжения смещения.
Описывается уравнением


MAX
ОП
СМ
У
U
U
U





, где U
СМ
– напряжение смещения, В.
U
ОП.MAX
– максимальное значение опорного напряжения, В.
Изменяя величину напряжения управления U
У
в пределах от 0 до U
СМ
производится значений α по формуле, результаты расчетов сводятся в таблицу. По результатам расчетов строится график характеристики управления СИФУ.

79
Занятие 16-17
Тема 2.5 Реверс двигателя при питании от выпрямителя.
Реверсивный преобразователь- это двухкомплектный рекуперирующий преобразователь, обеспечивающий передачу мощности в обоих направлениях, как за счет изменения направления напряжения, так и за счет изменения направления тока. Реверсивный преобразователь содержит два комплекта вентилей. Второй комплект предназначен для того, чтобы изменять направление тока.
Схемы реверсивных преобразователей носят названия перекрестной и встречно- параллельной

80
Наиболее часто комплекты вентилей проводят ток по очереди.
Комплекты могут выполняться на основе ранее изученных схем выпрямителей. В перекрестной схеме требуется применение более сложного трансформатора.

81
Во встречно-параллельной схеме сложнее система управления. В настоящее время преимущественно применяется встречно-параллельная схема.

82
Существует два способа управления комплектами вентилей:
• раздельное управление, при котором всегда работает только один комплект вентилей. Чтобы включить второй комплект, надо подождать, пока через первый полностью прекратится ток, и выдержать для надежности бестоковую паузу;
• совместное управление, при котором одновременно работают оба комплекта. При этом один комплект работает в выпрямительном, а второй - в инверторном режиме.
Преимущества раздельного управления:
•отсутствие токоограничивающих уравнительных реакторов, снижение потерь и габаритов из-за отсутствия реакторов.

83
Преимущества совместного управления
• большее быстродействие
• (нет бестоковых пауз), проще система управления, устраняется участок
• прерывистых токов на внешней характеристике.
В настоящее время применяется в основном раздельное управление, и, только если очень важны динамические показатели, применяется совместное управление

84
Занятие 18
Тема 2.6 Внешняя и регулировочная характеристики выпрямителя
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. Выходную ЭДС выпрямителя можно приравнять к напряжению на якоре двигателя Е
d
=U.
В общем случае, без учета зоны прерывистого тока, внешний характеристика представляет собой семейство прямых параллельные между собой, наклоненных к оси абсцисс (оси тока).
Напряжение на якоре двигателя определяется выражением
ЯЦ
Н
Н
е
R
I
с
U






, (1) где Се - конструктивная постоянная электродвигателя при номинальном потоке возбуждения, В

с (здесь и далее считаем, что поток возбуждения соответствует номинальному значению).
Воспользовавшись номинальными значениями скорости двигателя, тока якоря, напряжения на якоре и сопротивления якоря из формулы (1) можно найти коэффициент Се
Н
ЯЦ
Н
Н
R
I
U
Се




(2)
Суммарное активное сопротивление якорной цепи двигателя рассчитывается по формуле
∑R
ЯЦ
= R
Я
+ R
ДП
+ R
ТР(АР)
+ R
ДР
+ R
П
, (3) 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

85 2
Н
КЗ
ДР
I
P
R


(4)
Сопротивление перекрытия анодов вентилей рассчитывается по формуле

2
ЯЦ
п
П
L
m
R


(5)
Для расчета и построения внешней характеристики необходимо:
1 Рассчитать углы открывания вентилей, соответствующих скорости двигателя

Н
, 0,5

Н
и 0,1

Н
а) для однофазных и трехфазных мостовых













1
)
(
2
arccos
0
E
R
I
W
Ce
ЯЦ
Н
Н

(6) б) для трёхфазных нулевых











0
)
(
arccos
E
R
I
W
Ce
ЯЦ
Н
Н

(7)
2 Зная значения угла открывания

по формуле (8), (9) рассчитывается значение напряжения на якоре двигателя для токов равных номинальному току и I
Н
=0, т.е. по двум точкам построим внешнюю характеристику выпрямителя для каждого из значении угла открывания

а) для однофазных и трехфазных мостовых
В
ЯЦ
Н
U
R
I
E
U









2
)
cos
1
(
0

, (8) 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
(9)
Е
????
= К
сх
????
????
Однако в области малых токов существует, так называемая зона прерывистого тока, представляющая собой эллипс с полуосями, равными соответственно Ео и I
ГР.MAX
= (0,05...0,15)I
H
. В зоне прерывистого тока внешние характеристики представляют собой отрезки параболы, соединяющей точку пересечения границы зоны прерывистого тока и прямой, имеющей значение
Рассчитанные значения представляются в виде таблицы и строятся внешние характеристики.

86

87
Занятие 19
Тема 2.7 Источники возникновения помех в выпрямителях.
Переходные процессы в цепях преобразователей электрической энергии часто сопровождаются перенапряжениями. Основными из которых являются: перенапряжения, обусловленные процессами в полупроводниковых приборах в момент коммутации тока; коммутационные перенапряжения, возникающие в момент отключения внешних цепей с индуктивностями; перенапряжения вызванные резонансными явлениями в преобразователях; внешние перенапряжения, поступающие из питающей сети. Перенапряжения могут привести к электрическому пробою приборов, вызывающему как правило, возникновение коротких замыканий.
При всех повреждениях, вызывающих протекание опасных для полупроводниковых вентилей токов кз или перегрузки должна срабатывать токовая защита.
Назначение защиты – это контроль и предупреждение превышения токов сверхдопустимой нормы. При больших перегрузках и токах кз защита должны отключать преобразователь или его поврежденную часть.
Ввиду чувствительности полупроводниковых вентилей к перегрузкам, коротким замыканиям и перенапряжениям для обеспечения надежной работы преобразователей предъявляются следующие основные требования к системам защиты:
1) максимальное быстродействие с целью ограничения аварийных токов по длительности и амплитуде;
2) ограничение всех видов внешних и внутренних перенапряжений до допустимого уровня;
3) отключение поврежденного участка не должно вызывать дополнительных нагрузок на оставшиеся в работе вентили и недопустимых перенапряжений на них.
4) возможность применения автоматического повторного включения
(АПВ) преобразователей после срабатывания защиты при условии ликвидации аварийного процесса. Почти все переходные процессы в цепях вентильных преобразователей сопровождаются перенапряжениями, как правило, обусловленными резким изменением тока в индуктивностях.
Основные виды перенапряжений, воздействующих на полупроводниковые вентили:
- перенапряжения, обусловленные физическими процессами в полупроводниковых ключах в моменты коммутации тока за счет эффекта накопления носителей;
- коммутационные перенапряжения, возникающие в моменты отключения цепей с индуктивностями;
- перенапряжения, обусловленные резонансными явлениями в преобразователях;
- внешние перенапряжения, поступающие из питающей сети при