Файл: Курсовая работа расчет тиристорного преобразователя 03. 55. 21. 13. Кр (обозначение документа).docx

Снижение пульсаций выходного тока и напряжения за счет уве­личения числа фаз выпрямителя приводит к усложнению как сило­вой схемы преобразователя, так и системы управления. Однако при этом сохраняются высокие динамические свойства привода, умень­шаются искажения тока и напряжения питающей сети и повышается коэффициент мощности системы.

Поэтому при выборе схемы преобразователя приходится решать противоречивую задачу выбора рационального числа фаз выпрямите­ля и оптимальных габаритов индуктивности сглаживающего фильтра.

Пользуясь рекомендациями, приведенными в [1], выбираем трехфазную нулевую схему (рис. 1). Трехфазная нулевая схема проста и содержит мало вентилей. Однако из-за больших значений действующих анодных то­ков и обратных напряжений, наличия токов вынужденного намагни­чивания трехфазные нулевые схемы целесообразны при соединении обмоток звезда - звезда и треугольник - звезда для тиристорных при­водов мощностью 5-30 кВт [2].

Для реверсивных электроприводов с рекуперативным торможе­нием применяются, как правило, двухкомплектные преобразователи, один из которых работает в выпрямительном, а другой - в инверторном режиме.


Рис. 1. Трехфазная нулевая схема.

В техническом задании задан реверсивный преобразователях с совместным управлением. В данном случае оба комплекта вентилей работают одновременно: один в выпрями­тельном, а другой в инверторном режиме. Вследствие этого в схеме образуется контур, по которому протекает уравнительный ток. Вели­чина и характер уравнительного тока определяется законом управле­ния комплектами. Ограничение уравнительных токов осуществляется уравнительными реакторами.

Вид механических и скоростных характеристик электропривода зависит от способа согласования углов управления а_ввыпрямитель­ной группы и опережения управления р_иинверторной группы.

При линейном согласованном управлении средние значения на­пряжения на выходе выпрямительного и инверторного комплектов равны (а_в +а_и = 180^й).

Недостатком схем с линейным согласованием является наличие уравнительных токов, дополнительно нагружающих вентили и транс­форматоры. Введение уравнительных дросселей увеличивает электромагнитную постоянную времени, что ухудшает динамические свойства привода.

---

При линейном согласовании не полностью используется транс­форматор, так как для предотвращения опрокидывания инвертора необходимо вводить ограничение по минимальному углу управления тиристорами.

Однако благодаря тому, что совместное управление при линей­ном согласовании позволяет получить наилучшие динамические по­казатели привода, однозначные статические характеристики и обес­печивает наиболее простой переход из одного режима в другой, пре­имущества этого способа управления реверсивными преобразовате­лями оказываются более существенными, чем его недостатки. Поэто­му на практике такое управление нашло преимущественное распро­странение. Для ограничения уравнительного тока применяют уравни­тельные реакторы. Индуктивность реактора выбирают такой, чтобы уравнительный ток не превышал 10% номинального [3]. Для умень­шения веса и габаритов реакторов в приводах малой и средней мощ­ности допускают увеличение уравнительного тока до 30 % от номи­нального.

---

2.2 Расчет силового трансформатора

Преобразователь подключается к сети, как правило, через транс­форматор. Силовой трансформатор необходим для согласования напряжения питающей сети с напряжением двигателя и для обеспе­чения нулевого вывода в трехфазной нулевой схеме. Мощность трансформатора зависит от схемы преобразователя и схемы соедине­ния его обмоток.

Исходными данными для расчета трансформатора являются на­пряжение, ток нагрузки и предварительно выбранная схема преобра­зователя.

Расчетное значение напряжения вторичной обмотки трансфор­матора U₂ф выбирается из заданных условий работы нагрузки с уче­том возможного понижения сети и допустимых токовых перегру­зок:

U_2ф = K_СK_UK_K_RU_dН (1)

где К_с - коэффициент схемы (табл.2.1 [1]), равный отношению теорети­ческой ЭДС вторичной обмотки силового трансформатора Е_2Ф к сред­нему значению выпрямленного напряжения U_dH;

K_U- коэффициент запаса по напряжению, учитывающий воз­можное снижение напряжения в сети. Значение коэффициента при­нимается равным

К_U = 1,05 - 1,1 [3];

К_- коэффициент запаса, учитывающий снижение напряжения на выходе выпрямителя за счет ограничения угла открывания тири­стора в реверсивных преобразователях с совместным управлением К_ = 1,05 - 1,1 - для реверсивных схем с согласованным управлени­ем. Для нереверсивных и реверсивных схем с раздельным управлени­ем К_=1;

K_R - коэффициент, учитывающий падение напряжения на вен­тилях и обмотках трансформатора, а также наличие углов коммута­ции, K_R= 1,05;

U_dH - номинальное значение напряжения на нагрузке, В.

Подставляя численные значения, получим:

U_2ф = 0,855·1,05·1·1,05·220 = 207,38 В.

Действующее значение линейного тока вторичной обмотки трансформатора, А:

I_2Л = K_IK_ЗK_iI_dН (2)

где K_I - коэффициент тока, зависящий от схемы выпрямителя, зна­чение которого приведено в табл. 2.1 [1];

К₃ - коэффициент запаса по току, учитывающий возможную перегрузку преобразователя. В зависимости от характера нагрузки К₃ = 1,05- 2,5;

К_i - коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока тиристора от прямоугольной. По экспериментальным данным принимается К; = 1,05 - 1,1;

---

I_dH - номинальный ток нагрузки, на стороне выпрямленного на­пряжения.

Подставляя численные значения, получим:

I_2Л = 0,58·1,5·1,1·37,9 = 36,27 А.

Действующее значение тока первичной обмотки трансформато­ра, А:

I_1Л = , (3)

где К_ТР = = коэффициент трансформации трансформатора.

Расчетная типовая мощность силового трансформатора, кВА:

S_pac=S_TK²_uK²_aK_RK_i·10 ^–3(4)

где S_Т - теоретическое значение типовой мощности трансформатора,

S_Т = K_SU_dHI_dH(5)

K_S - коэффициент схемы по мощности (табл.3.1 [1]);

I_dH - среднее значение выпрямленного тока, равное номиналь­ному току двигателя;

U_dH - среднее значение выпрямленного напряжения, равное но­минальному напряжению двигателя.

Подставляя численные значения, получим:

S_Т = 1,35·220·37,9 = 11256,30 ВА.

S_рас = 11256,3·1,1²·1²·1,05·1,1·10 ^–3­­ = 15,73 кВА.

В табл. п.1 и п.2 [1] приведены данные некоторых типов трансформаторов.

По полученному значению расчетной мощности выбираем сило­вой трансформатор, наиболее близкий по техническим характеристикам расчетному, из условия

S_H  S_рас; U_2фН  U_2ф; I_2фН  I_2ф.

S_H, U_2фН, I_2фН- номинальные значения полной мощности, фаз­ных напряжений и тока выбранного трансформатора.

При соединении обмоток трехфазного трансформатора по схеме "звезда" линейный ток равен фазному.

В соответствии с условиями выбираем трансформатор ТСЗ-25 со следующими параметрами:

S_H= 25 кВА, U_1Л = 0,38 кВ, U_2Л = 0,38 кВ,

P₀ = 180 Вт, Р_К = 560 Вт, U_K = 3%, I_XX = 4,5%.

Обмотки соединены по схеме звезда-звезда, поэтому:

U_1фН = = = 0,22 кВ. (6)

U_2фН = = = 0,22 кВ. (7)

I_1фН = I_1Л = = = 37,88 А. (8)

Коэффициент трансформации трансформатора

К_ТР = = = 1.

I_2фН = I_2Л = I_1ЛК_ТР = 37,88·1 = 37,88 А. (9)

Активное сопротивление фазы вторичной обмотки трансформатора, Ом, определяется по следующим формулам:

---

Z_фктр = , (10)

где Z_фктр- полное сопротивление фазы трансформатора в режи­ме короткого замыкания, которое включает в себя полные сопротив­ления первичной и вторичной обмоток трансформатора, U_K- напря­жение короткого замыкания трансформатора (то напряжение, при ко­тором в режиме короткого замыкания ток трансформатора становится равным току в номинальном режиме). Это напряжение в паспортных данных трансформатора обычно приводится в процентах к номиналь­ному, поэтому его нужно рассчитать по формуле:

U_K = , (11)

где U_1фН - номинальное напряжение трансформатора.
Подставляя численные значения, получим:

U_K = = 6,60 В;

Z_фктр = = 0,17 Ом;

cos_K = = = 0,747; (13)

R_фктр = Z_фктрcos_K = 0,17·0,747 = 0,13 Ом. (14)

Далее рассчитываем сопротивление фазы вторичной обмотки трансформатора, для этого используем следующие формулы:

R_фктр = R_фтр1+R'_фтр2, (15)

где R'_фтр2 - активное сопротивление вторичной обмотки, приве­денное к параметрам первичной обмотки, R_фтр1- активное сопротив­ление первичной обмотки трансформатора; принято считать, что для двухобмоточного трансформатора (т.е. трансформатора, у которого на фазу приходится по одной обмотке высшего и низшего напряже­ния)

R_фтр1R'_фтр2, (16)

тогда - R_фтр2 = . (17)

В более общем случае, R_ТР =R_2ФТР

L_ТР =L_2ФТР,

где  = 2 - число обмоток трансформатора, обтекаемых током (табл.3.1 [1]).

Подставляя численные значения, получим:

R_фтр1=R'_фтр2 = = = 0,07 Ом;

R_фтр2 = = 0,070 Ом.

Индуктивность фазы вторичной обмотки, Гн, можно рассчитать по подобным же формулам, что и для активного сопротивления:
X_фктр = ; (15)

X_фктр = X_фтр1+X'_фтр2; (16)

X_фтр1X'_фтр2; (17)

X_фтр2 = ; (18)

L_2ФТР = . (18)

Подставляя численные значения, получим:

X_фктр = = 0,11 Ом;

X_фтр1=X'_фтр2 = = = 0,06 Ом;

X_фтр2 = = 0,060 Ом;

L_2ФТР = = 0,00019 Гн = 0,19 мГн.

---