КР УСП (1)

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Самарский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра: «Механизация, автоматизация и энергоснабжение строительства»

УПРАВЛЯЕМЫЕ СИЛОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Задания и методические указания к выполнению курсовой работы

Самара 2012

Составитель: Назаров Максим Александрович

УДК

Управляемые силовые преобразователи: Задания и ме-

тодические указания к выполнению курсовой работы/ Сост. М.А. Назаров; Самарск. гос. арх.-строит. ун.-т. Самара, 2012. – 26 с.

Приводятся задания на курсовую работу по дисциплине «Управляемые силовые преобразователи» и методика ее выполнения.

Данные методические указания предназначены для бакалавров, обучающихся по направлению «Строительство» профиль подготовки 270813 «Механизация и автоматизация строительства».

Настоящие методические указания не могут быть полностью или частично воспроизведены, тиражированы (в том числе ксерокопированы) распро-

странены без разрешения Самарского государственного архитектурно-строи-

тельного университета.

© Самарский государственный архитектурно-строительный

университет, 2012

2

1 ЦЕЛЬ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Целью курсовой работы по дисциплине«Управляемые силовые преобразователи» на тему «Расчет силового управляемого выпрямителя» является закрепление и углубление знаний, полученных студентом и применение этих знаний при решении -кон кретных технических задач.

Задача курсовой работы состоит в освоении методики -вы бора и обоснования электрической схемы управляемого силового преобразователя; методики расчета этой схемы и выбора основных элементов: трансформатора, силовых полупроводниковых приборов, сглаживающего фильтра, элементов защиты; расчете основных характеристик преобразователя; изучении схемы системы - им пульсно-фазового управления; моделировании работы преобразователя в одном из пакетов прикладных программ.

2 СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа состоит из расчетной и графической частей. Расчетно-пояснительная записка должна содержать - сле

дующие разделы:

-введение;

-задание на курсовую работу;

-выбор рациональной схемы управляемого выпрямителя и описание ее работы;

-расчет и выбор силового трансформатора;

-расчет и выбор вентилей;

-расчет и построение статических характеристик преобра-

зователя;

-расчет и выбор элементов защиты тиристоров от перенапряжений;

-описание работы системы импульсно-фазового управления (СИФУ);

-моделирование работы управляемого выпрямителя в пакете прикладных программ Matlab Simulink;

-заключение;

-библиографический список.

Содержание графической части:

3

-функциональная и принципиальная(без СИФУ) схемы выпрямителя;

-внешние характеристики выпрямителя;

-функциональная схема СИФУ;

-результаты вычислительных экспериментов, проведенных

впакете прикладных программ Matlab Simulink.

3 ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Всоответствии с заданным вариантом требуется:

1.Выбрать наиболее рациональную для заданного варианта схему выпрямления. Описать ее работу.

2.Рассчитать и выбрать силовой трансформатор.

3.Рассчитать и выбрать тиристоры.

4.Рассчитать сглаживающий дроссель, обеспечивающий заданную зону непрерывного тока δI.

5.Рассчитать и построить статические характеристики выпрямителя (регулировочную характеристику и внешние характеристики для углов управления α = 0°, 20°, 40°, 60°, 80°).

6.Рассчитать и выбрать элементы защиты тиристоров от перенапряжений.

7.Привести функциональную схему системы импульснофазового управления и принципиальные схемы входящих в нее устройств. Описать работу СИФУ.

8.Смоделировать работу управляемого выпрямителя в -па кете прикладных программ Matlab Simulink.

Исходные данные для выполнения курсовой работы приведены в таблице 1.

Характеристики двигателей указаны в таблице П1.

4

Таблица 1 – Исходные данные для выполнения курсовой работы

5

Таблица 1. Продолжение

4 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

Управляемый выпрямитель можно представить в вид функциональной схемы (рис. 1), в которую входят: устройства защиты УЗ, силовой трансформатор СТ, вентильный блок ВБ, фильтрующее устройство ,ФУсистема импульсно-фазового управления СИФУ и цепь нагрузки.

Рисунок 1

Системой импульсно-фазового управления(СИФУ) вентильным преобразователем [22] называется устройство, предназначенное для формирования импульсов управления и регулиро-

6

вания длительности открытого состояния силовых ключей в функции сигнала управления.

Преобразователь работает только в выпрямительном режиме, тип привода – нереверсивный, охлаждение тиристоров – воздушное.

5 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

5.1 Выбор рациональной схемы управляемого тиристорного выпрямителя [1]

Опыт практического использования преобразователей для приводов постоянного тока позволяет сделать следующие рекомендации по выбору силовой схемы тиристорного преобразователя без выполнения технико-экономического расчета.

Однофазные двухполупериодные схемы выпрямления просты,

имеют малые внутренние потери, в них отсутствует вынужденное намагничивание трансформатора. В однофазной нулевой схеме (рис. 2, а) мало вентилей, но большая типовая мощность трансформатора и высокое значение обратного напряжения. Преимущества однофазной мостовой схемы (рис. 2, б) – малые типовая мощность трансформатора и обратное напряжение. Однофазные схемы

являются несимметричной нагрузкой трехфазной сети и создают большие, по сравнению с другими схемами, пульсации тока и напряжения нагрузки. Эти схемы могут быть рекомендованы для приводов небольшой мощности(до 10 кВт), работающих в длительном режиме, при невысоких требованиях к статическим и динамическим характеристикам, с небольшим диапазоном регулирования скорости (D < 10).

Трехфазная нулевая схема (рис. 2, в) 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 тиристорных приводов мощностью 5÷30 кВт. Для приводов большей мощности 50÷100 кВт необходимо применять трансформатор с обмотками звезда или треугольник-двойной зигзаг, что обеспечивает компенсацию токов вынужденного намагничивания и менее падающую внешнюю характеристику.

7

мощности и меньшую зону прерывистых токов. Поэтому для приводов мощностью свыше100 кВт применяется в основном трехфазная мостовая схема.

5.2 Расчет и выбор силового трансформатора [2]

Требуемое фазное напряжение вторичной обмотки, В, U2ф = E2 ×kc ×ka ×kR ,

где Е2 – теоретическое значение ЭДС вторичной обмотки, В, E2 = ke × Ud ;

Ud – среднее значение выпрямленного напряжение при α= 0, принимается равным номинальному напряжению двигателя, В, Ud = Uян ; Uян – номинальное напряжение якорной цепи; ke – коэф-

фициент схемы (см. табл. П2); kс – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения в сети, kc =1.1 , при отсутствии требований к поддержанию номинальной

скорости вращения электропривода при снижении напряжения в сети, kc =1¸1.05 ; kα – коэффициент запаса по напряжению, учиты-

согласованным управлением; ka =1 – для нереверсивных и ревер-

сивных схем с раздельным управлением; kR – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в вентилях и обмотках трансформатора, а также наличие углов коммутации, kR =1.05 .

Действующее значение тока вторичной обмотки, А: I2ф = ki ×ki2 ×Id ,

где Id – среднее значение выпрямленного тока, принимается равным номинальному току якорной цепи двигателя, А, Id = Iян ; Iян – номинальный ток якорной цепи, А,

9

Рн – номинальная мощность двигателя, Вт (см. табл. П1); Rя – активное сопротивление якорной обмотки двигателя, Ом (см. табл. П1); Rд.п. – активное сопротивление дополнительных полюсов двигателя, Ом (см. табл. П1); ki2 – коэффициент схемы (см. табл. П2); ki

– коэффициент непрямоугольности тока, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной, ki =1.05 ¸1.1.

Действующее значение тока первичной обмотки, А: I1ф = ki ×ki1 ×Id ,

где ki1 – коэффициент схемы (см. табл. П2).

Расчетная типовая мощность силового трансформатора, ВА: Sт = Pт ×kc2 ×k2a ×kR ×ki ,

где

Рт = ks × Ud ×Id , ВА,

Ud ×Id – теоретическое значение типовой мощности для идеального

выпрямителя, Вт; ks – коэффициент схемы (см. табл. П2).

Выбираем наиболее близкий к расчетным параметрам по техническим характеристикам силовой трансформатор, исходя из условия

Sн ³ Sт ; U2фн ³ U2ф ; I2фн ³ I2ф ,

Sн, U2фн, I2фн – номинальные значения полной мощности, фазных напряжений и тока выбранного трансформатора.

Для однофазного трансформатора

Технические характеристики трансформаторов приведены в

[4, 10].

10