Силовыя цепь реверсивного тиристорного преобразователя для питания регулируемого электропривода

Санкт-Петербургский государственный  электротехнический

университет ˝ЛЭТИ˝

 

 

 

кафедра РАПС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка к  курсовому проекту

по дисциплине:

Силовые полупроводниковые  преобразователи.

 

 

“Полупроводниковый преобразователь  для питания

регулируемого электропривода”

 

Вариант № 215

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Князев Д. В.

Факультет: ЭА

Группа №: 7405

 

Преподаватель: Кекконен А. В.

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2010

Содержание

 

 

Исходные данные………………………………………………………………………………..5

1. Задание на курсовой  проект………………………………………………………………….6

2. Расчет силовых схем  вентильных преобразователей постоянного  тока…………….…….7

2.1. Выбор преобразовательного  трансформатора………………………………………...7

2.2. Выбор тиристоров и  элементов токовой защиты………………………………….….7

2.3. Выбор сглаживающего дросселя………………………………………...……………..9

2.4. Расчет и выбор элементов защиты ТП от перенапряжений………………………...11

3. Расчет параметров и  характеристик тиристорного преобразователя………………….…14

3.1. Построение регулировочных  характеристик преобразователя……………………..14

3.2. Построение внешних  и электромеханических характеристик……………………...16

3.3. Построение энергетических  характеристик преобразователя……………………...21

3.4. Построение кривых  мгновенного значения выпрямленного  напряжения………...26

Вывод…………………………………………………………………………………………....28

Список используемой литературы………………………………………………………….…29

 

Цель проекта: получение навыков проектирования силовых цепей реверсивных тиристорных преобразователей, выбора основных элементов схемы, расчета статических и энергетических характеристик.

 

Исходные данные для проектирования:

                                                                        

№ варианта	Схема преобразователя	Способ управления	Напряжение сети	Тип электродвигателя
215	Трехфазная мостовая встречно-параллельная бестрансформаторная	Раздельный	220/127	П143-9К

                      

Параметры двигателя:

 

Pн, кВт	Uн, В	Iн, A	nн, об/мин	Rя, 20°, Ом	Rдп, 20°, Ом	Rко, 20°, Ом	Rсо, 20°, Ом	K1, кратн. перегр. по току	2p число гл. по-люсов	2а число парал. ветвей
200	220	1000	500	0,00696	0,001108	0,00415	0,000122	2,5	4	4

 

Параметры питающей сети:

 

частота Гц,

предельно допустимые значения отклонения напряжения, %, ;

 

Допустимая амплитуда пульсаций выпрямленного тока:

 

% ( при  кВт),

 

1. Задание на курсовой проект

 

1. Рассчитать параметры и выбрать основные элементы силовой цепи тиристорного преобразователя (ТП):

- трансформатор;

- вентили:

- сглаживающий реактор;

- защитную аппаратуру;

 

2. Привести принципиальную электрическую схему преобразователя с описанием ее работы и назначения всех основных элементов.

 

3. В соответствии с параметрами выбранных элементов схемы преобразователя рассчитать и построить:

- регулировочные характеристики  и ;

- внешние характеристики преобразователя  и электромеханические

характеристики системы тиристорного электропривода для обоих направлений выпрямленного тока и углов регулирования, обеспечивающих при нормальном токе двигателя следующие значения его частоты вращения: ; ; ; ; ;

- границу прерывистого режима работы преобразователя для внешних и для электромеханических характеристик;

- зависимости КПД, полной мощности преобразователя, ее составляющих, коэффициента мощности от частоты вращения при выпрямленном токе ;

- форму кривых выпрямленного напряжения преобразователя при  для значений скорости , , .

 

2. Расчет силовых схем вентильных преобразователей постоянного тока

2.1. Выбор токоограничивающего реактора.

Предварительно значение максимально выпрямленной ЭДС (Edo) преобразователя может быть определено из соотношения

      В,

где – линейное напряжение питающей цепи.

Выбор токоограничивающего реактора производится по номинальным значениям тока (Iр.н.) и напряжения (Uр.н.) :

В

;   В

 

После выбора тиристора достаточность значения индуктивности выбранного

 реактора Lр проверяется по допустимому значению скорости изменения тока тиристора:

  мкГн

Kзр=3 – коэффициент запаса.

NT=1 - число параллельно включенных тиристоров в каждом плече моста.

- критическая скорость нарастания тока тиристора.

 

Наиболее подходящий сухой трехфазный токоограничивающий реактор РТСТ 820-0,027

Uрн=220 В;

Iн=820 A;

L=27  мкГн – индуктивность фазы;

Rа=0,815  мОм –активное сопротивление обмотки;

 

 

2.2 Выбор тиристоров и элементов токовой защиты.

Тиристоры выбираются по амплитуде мгновенного прикладываемого напряжения и по максимальному значению среднего тока, определяемого током перегрузки  двигателя. При выборе учитываем применяемый способ охлаждения.

Повторяющееся импульсное обратное и прямое (в закрытом состоянии) напряжение, определяющее класс тиристора, должно быть:

 

U_кл≥(√2)·K_n·K_с·U_л,

где K_n - коэффициент перенапряжений,

Kc=1,1;  Kn=1,8;

поэтому можно принять:       Kn·Kc=2;

Uкл≥(√2)*2*220=622 В.

 

Максимальное среднее значение тока каждого плеча 3-фазной мостовой схемы определяется выражением:

            Iv=K_i*Idn/3;

Iv=2.5·(1000/3)=833 A

 

Выбираем тиристор шестого класса.

 

Таким образом, можно выбрать тиристоры типа T1000 со следующими характеристиками:

Динамическое сопротивление Rd=33*10^(-5) Ом

Время включения  tвкл=30 мкс

Время задержки tзад=10 мкс

Интеграл, квадрат ударного прямого тока  Wvs = 1600’000A^2*c

Максимально допустимый средний ток Iпред=1000А

Пороговое напряжение на тиристоре Uпор=1,25=Uo

Повторяющееся напряжение на тиристоре Uповт=1000В

Неповторяющееся е напряжение на тиристоре Uнеп=1100В.

Максимальная температура перехода Tjm= 125 ºC

 Тепловое сопротивление переход-корпус Rthjc=0,021 ºС/Вт

 Температура корпуса Tc = 85ºC

 

Обоснование принятого решения:

Рассчитаем максимально  допустимый средний  ток без охладителя   (Tc = 85ºC):

I_TAVm = (√(U²₀ +9,8* R_d*( T_jm - T_c)/ R_thjc)- U₀)/(4,9* R_d);

I_TAVm = (√(1,25² +9,8* 0,00033*( 125- 85)/ 0,021)- 1,25)/(4,9* 0,00033)=945 А.

Как видно без охладителя тиристор будет выдерживать ток, кроме того, при принудительном воздушном  охлаждении тиристора со скоростью 6 м/с  мы имеем приличный запас по току.

 

Выбор предохранителя:

Поскольку преобразователь мощный для защиты полупроводниковых вентилей используем специальные быстродействующие предохранители.

Согласно месту включения предохранителя номинальный ток определяется выражением:

 

IFном≥ 1000* 1/(1√3)=577 A

Выберем предохранитель ПП57М23937  на ток 630 А со следующими характеристиками:

Тип предохранителя	Номинальный ток плавкой вставки, А	òi2dt-полный интеграл пред-ля А2с	Потери мощности плавк. вставок, Вт
ПП57М23937	630	800’000	80

 

Проверим эффективность защиты тиристоров плавкими предохранителями путем сопоставления защитных показателей предохранителя и защищаемых им тиристоров :

  (2.5)

где    W_VS=1600’000  А²с

W_F=800000  А²с

- коэффициент запаса

N_vs=1  - количество тиристоров в одном плече моста с учетом выхода из строя одного тиристора

Получаем:  800’000  ≤  1600’000*(1)²/2 =  800’000 A²*c

 

2.3. Выбор сглаживающего дросселя

 Необходимое значение индуктивности сглаживающего дросселя определяется в зависимости от схемы преобразователя и допустимого значения пульсаций тока.

Обычно для общепромышленных электродвигателей постоянного тока амплитуда пульсаций тока ограничивается значением:

Iп.доп=Iд.н*5%

Iп.доп=50 А

Требуемая индуктивность цепи выпрямленного тока может быть определена из соотношения:

L∑p=ı*Edo/(ω*Iп.доп),

где ı - относительное значение амплитуды пульсаций тока, определяемое схемой преобразователя. Значение ı определим по максимальному значению кривой на графике (см. рис.2, для нашей кривая 1)  ı=0,075.

Рис.2

 

L∑p=297*0.075/(314*50)=0,00142 Гн

 

Требуемое значение индуктивности сглаживающего дросселя (СД) определяется с учетом имеющихся индуктивностей в цепи выпрямленного тока (индуктивностей токоограничивающих реакторов, якоря электродвигателя, уравнительных реакторов(отсутствуют)) из соотношения:

Lсд ≥ L∑p - Nwя*Lр - Lя.д,

где  Lя.д- индуктивность якоря электродвигателя,

        Lя.д = Сx*Uд.н/(Iд.н*ωдн.* р)

        ωд.н=π*Nн/30

        ωд.н=3,14*500/30=52,3 рад/с.

        Lя.д=0,1*220/(1000*2*52,3)=0,0002 Гн,

Lс.д≥0,00142 - 2*0,000027 - 0,0002=0,00116 Гн

 

Для сглаживания пульсаций потребуется реактор типа ФРОС 1000/0,5

Iн=1000 А,

Lр=0.0016 Гн,

R=0.004 Ом.

 

 

 

2.4.  Расчет и выбор элементов защиты ТП от перенапряжений

Перенапряжения на элементах схемы ТП возникают в результате периодической коммутации тиристоров (повторяющиеся перенапряжения) и под влиянием работы коммутационных и защитных аппаратов самого ТП и внешних электрических цепей (непериодические перенапряжения).

Для уменьшения повторяющихся перенапряжений, обусловленных коммутационными процессами, используются RC-цепочки, шунтирующие тиристоры. Для оценки элементов защиты выберем емкость равную С=0,5 мкФ, а сопротивления с учетом соотношения:

.

 

L_ф - индуктивность токоограничивающего реактора,

L_ф= 0,000027 Гн

47 Ом < R <94 Ом

P_R=525* С*U2ф²

P_R ≤ 525*0,5*10^(-6)*127^2=4,23 Вт

 

Такими параметрами обладает постоянный проволочный резистор типа C5-47