ВВЕДЕНИЕ

Современные регулируемые электроприводы обычно содержат в своем составе управляемые вентильные преобразователи (ВП), необходимые для преобразования и регулирования потока электрической энергии, передаваемой от питающей сети к электродвигателю.

Квалифицированная наладка и эксплуатация таких электроприводов требуют глубоких знаний теории устройств.

Цель курсового проекта – приобретение и закрепление навыков практического применения знаний, полученных в курсе "Силовая электроника".

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАДАННОГО ВАРИАНТА ВП. НАЗНАЧЕНИЕ ВСЕХ ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

1. Область применения.

Наибольшее распространение для питания якорных цепей и обмоток возбуждения двигателей постоянного тока получили двухкомплектные ВП со встречно-параллельным соединением вентильных групп. Они имеют простой двух обмоточный трансформатор, с минимальной, в сравнении с другими схемами, расчетной мощностью. Кроме того, такие ВП могут питаться непосредственно от трехфазной сети через линейные токоограничивающие реакторы, а также позволяют унифицировать конструкцию реверсивных и нереверсивных преобразователей.

1. Назначение элементов

• линейные токоограничивающие реакторы – ограничивают, коммутационные и аварийные токи вентильного преобразователя.

• вентильный преобразователь - предназначен для выпрямления переменного тока в постоянный;

• сглаживающий реактор - уменьшает пульсации тока ВП и сужает зону прерывистых токов в якорной цепи двигателя;

• плавкие предохранители – защищают вентильный преобразователь от внутренних коротких замыканий;

• вспомогательный диодный выпрямитель – предназначен для защиты вентилей от внешних перенапряжений, возникающих при включении и отключении преобразовательного трансформатора;

• защитные R-C цепочки - для защиты вентилей от коммутационных перенапряжений, вызванных накоплением носителей в полупроводниковой структуре, параллельно вентилям включают защитные последовательные R-C цепочки.

• автоматические выключатели QF1 и QF2 – служат для защиты преобразователя от токов к.з. и защиты двигателя.

3. Описание работы.

В вентильном преобразователе различают два режима – выпрямление и инвертирование. При работе вентильного преобразователя выпрямителем – энергия сети переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока, а в режиме инвертирования – выполняется обратное преобразование и передача энергии нагрузки в сеть.

Отпирание тиристоров вентильного преобразователя происходит в момент подачи на их управляющие электроды импульсов управления, генерируемых СИФУ. Отпирание очередного тиристора в общем случае производится со сдвигом на угол управления α по отношению к точке естественной коммутации.

Рисунок 1.1 - Функциональная схема системы раздельного управления, реализованная на трехфазной мостовой встречно-параллельной схеме.

Рисунок 1.2 - Функциональная схема канала СИФУ

СИФУ преобразователя выполнена по вертикальному принципу и имеет на каждый тиристор свой канал управления. Каждый из каналов содержит:

- генератор опорного напряжения ГОН, который вырабатывает переменное опорное напряжение U_оп пилообразной или косинусоидальной формы, синхронизированной с питающей сетью U1;

- компаратор К, предназначенный для сравнения опорного напряжения с сигналом задания U_з. Сигнал задания U_з представляет собой периодический сигнал регулируемой амплитуды и частоты и определяющий соответствующие параметры выходного напряжения преобразователя.

В момент выполнения условия U_оп= U_з компаратор генерирует импульсный сигнал, который поступает в формирователь импульсов.

- формирователь импульсов ФИ, формирует сигнал по заданной длительности.

Рисунок 1.2 – Принципиальная электрическая схема ВП

2. Расчет токоограничивающих реакторов

Для линейного токоограничивающего реактора необходимо определить индуктивность и ток .

Фазное напряжение сети будет равно

(В). (2.1)

ЭДС холостого хода преобразователя вычисляется по формуле

(В) (2.2)

где коэффициент схемы.

Линейный ток преобразователя рассчитывается по формуле

(А) (2.3)

где коэффициент схемы.

Необходимое индуктивное сопротивление реактора определяется из следующего соотношения

(Ом). (2.4)

Индуктивность реактора определяется по формуле

(мГн). (2.5)

По указанию преподавателя сопротивление токоограничивающего реактора было выбрано 5% от номинального сопротивление якоря.

Реактор ненасыщающий.

Выберем из каталогов токоограничивающий реактор РТТ 0,38-50, обладающий следующими параметрами:

(мГн) – номинальная индуктивность;

(А) – номинальный ток; (Ом)

2. Расчет параметров и выбор силовых вентилей

Выбор вентилей проводится по среднему значению тока и величине повторяющегося импульсного напряжения.

Среднее значение тока силового вентиля

(А). (3.1)

Наибольшее значение повторяющегося импульсного напряжения

(В). (3.2)

По полученным значениям выбираем тиристор на максимальный средний ток, приблизительно в 2.2-2.4 раза больше рабочего, имеющий 8-й класс по напряжению, то есть на 800В. Из справочника [5] выбираем тиристор Т142-63, охладитель О111-60.

Паспортные данные тиристора Т142-63:

(А) – максимальное среднее значение тока через тиристор;

(В) – прямое (пороговое) напряжение на тиристоре;

(ºС) – максимально допустимая температура перехода;

(ºС) – максимально допустимая температура окружающей среды;

(мОм) – дифференциальное сопротивление;

(ºС/В) – установившееся тепловое сопротивление переход-среда;

(ºС/В) – переходное сопротивление переход-среда;

(c) – время запирания тиристора;

(В) – наибольшее повторяющееся импульсное значение напряжения;

(кА) – ударный неповторяющийся ток вентиля.

По паспортным данным рассчитываем наибольшее допустимое значение прямого тока. Предварительно рассчитываем потери в номинальном режиме и потери в вентиле при токовой перегрузке, соответственно:

(Вт), (3.3)

где – коэффициент формы тока вентиля.

(Вт). (3.4)

Наибольшее допустимое значение прямого тока

(А). (3.5)

Для надежной работы ВП необходимо, чтобы параметры выбранного прибора удовлетворяли условиям:

,

.

.

В результате расчета заключаем, что выбранный вентиль проходит по условиям нагрева как по току, так и по напряжению, поскольку необходимые условия выполняются.