Силовыя цепь реверсивного тиристорного преобразователя для питания регулируемого электропривода

P_н=10 Вт;

R=1 - 3300 Ом;

Масса 6,5 г.

Выберем конденсатор, используя соотношение:

С=P_R/525*U_2ф²

                C=10/(525*127²)=1,18 мкФ

Для обеспечения требуемой емкости можно использовать металлобумажные конденсаторы типа МГТБ  со следующими характеристиками:

С=2 мкФ;

U_н=300 В;

Масса 100 г;

Для защиты ВП от внешних непериодических перенапряжений также используются защитные RC-цепочки.

C1=I02/(2*ω*U2ф*((Kv²)-1)),

где       - действующее значение тока холостого хода трансформатора, приведенное к вторичной обмотке,

I₀₂=(Ix.x%*I_2ф)/100

I₀₂=(2*1000)/100=20 A

-расчетный коэффициент непериодических перенапряжений,

Kv=Uмв/(√2)*Uл

Kv=880/(√2*220)=2,83

-максимальное значение мгновенного напряжения, прикладываемого тиристором при перенапряжениях. Поскольку  не должно превосходить значение допустимого неповторяющегося напряжения тиристоров при всех возможных колебаниях напряжения питающей сети, его можно принять равным (0.8…0.85) :

Uмв=1100*0,8=880В

Номинальное значение напряжение конденсаторов емкости  должно быть не менее :

U_С1≥(√2)*Kv*Uл=√2*2,83*220 =880В

 

C₁=20/(2*314*127*(2,83²-1))=35,8 мкФ

 

Для обеспечения требуемой емкости можно использовать параллельное  соединение 4-х  конденсаторов комбинированных типа  К75-24

следующими характеристиками:

U=1000В;

С=10мкФ;

Масса 650г.

 

Значение зарядного сопротивления  для ограничения начального импульса перенапряжения должно удовлетворять условию:

R_зар≤0,85*(Kv-1)*Uл/I02

R_зар≤(0,85*(2,83-1)*220)/20=17,1 Ом

Номинальная мощность зарядного резистора по условию его кратковременных импульсных перегрузок при включении и отключении преобразователя должна составлять:

Pr.зар.ном≥(2*Uл²)/(Kp*Rзар)=2*220²/(100*16)=60 Вт

где - коэффициент кратковременной перегрузки резистора по мощности,  .

Можно использовать постоянный проволочный резистор типа ПЭ,

R_зар=16 Ом

P=75 Вт

Масса 110 г

 

Значение разрядного сопротивления  выбирается по условию ограничения времени разряда конденсатора :

R_раз≤T_p/C₁=3/(40*10^(-6))=75кОм

где - постоянная времени разряда, .

Активная мощность, рассеиваемая резистором, определяется выражением:

P_раз=(2*Uл^2)/R_раз=(2*220²)/75*10^3=1,29 Вт

Чтобы получить требуемые характеристики и выполнить условие деление напряжения между конденсаторами ставим последовательно 2 резистора ПЭВ со следующими параметрами:

Номинальная мощность:    P_раз =1 Вт  P_раз =1 Вт

Сопротивление:                    R=  30 Ом  R=  30 Ом

Масса:    0,55 г   0,12 г

 

Диоды VD1…VD6 выпрямительного моста должны иметь класс по напряжению не ниже класса тиристоров, т.е. не ниже 6  класса, и должны выдерживать ударные токи заряда конденсатора при включении и отключении преобразователя:

I_уд.вкл=(√2)*U_л/R_зар=(√2)*220/16=19,5 A

I_уд.вкл=(√2)*I₀₂=(√2)*20 =28,3  A

Целесообразно выбрать для выпрямительного моста защитной RC-цепочки диоды лавинного типа.

Выберем диод типа Д112-10 со следующими характеристиками:

 

            Повторяющее напряжение       U_пов=100-1400 В

Неповторяющееся напряжение    U_неп=112-1564 В

Предельный ток      I_ср.пр=10А

Ток удержания    I_уд=230 А

Динамическое сопротивление  Rд=17,5 мОм  (T_П =160^oC);

            U_to(U_порог)=0,85В.

 

 

 

 

 

 

3. Расчет параметров и характеристик тиристорного преобразователя.

3.1 Построение регулировочных характеристик преобразователя.

Регулировочная характеристика в зоне непрерывного тока строится на основании соотношения:

Ed=Kc*Ed0*cos(a)

Kc=0.95,

Ed=0.95*297*cos(a)=282,2* cos(a).

 

При известной характеристике необходимо построить график выпрямленного напряжения на якоре электродвигателя при номинальном токе нагрузки в функции по соотношению:

                      Ud=Kc*Ed0*cos(a) - Id*Rэ - 2*U0,

где - эквивалентное внутренне сопротивление преобразователя,

          Rэ=Rп+Rк,

-коммутационное сопротивление,

          Rк=3*Хф/π

                      Rk=3*0,0085/3.14=8,12 мОм

Внутреннее активное сопротивление Rn преобразователя составляет

R_n=2*(R_ф+(R_д+R_F)/N_vs)+R_сд+R_у.р+R_с.п  ,

где

Rс.д=4 мОм – сопротивление сглаживающего дроселя

- активное внутреннее сопротивление фазы токоограничивающего реактора

           R_ф=0,815 мОм

-динамическое сопротивление тиристора

                     R_д=0,34 мОм

-активное сопротивление предохранителя

                    

-активное сопротивление обмоток уравнительного реактора (отсутствует)

-сопротивление соединительных проводников

Исходя из данных по мощности и току , требуются  соединительные провода (медь)  сечением 10 мм. кв., сопротивление 1м длины:

R_с.п=2 мОм

-коэффициент питающей сети. Поскольку напряжение питающей сети понижено имеет значение меньшее единицы,

K_c=0.95

 

R_n=2*(0.000815+(0.00034+0.0003)/3)+0.004+0.002=0.00836 Ом

 R_э=R_п+R_к=0,00836+0,00812=0,0165 Ом

Ud=282,2*cos(a) - 0,0165*1000 - 2*1,25

 

По данным расчета построены регулировочные характеристики преобразователя  - для зоны непрерывного выпрямленного тока и - для номинального значения выпрямленного тока ( ). По этим графикам определим значения минимального ( ), начального ( ) и максимального ( ) углов регулирования.

Ed=282,2*cos(a)

Ud=282,2*cos(a)-18,9

 

                                         Рис.3.  Регулировочные характеристики преобразователя

 

 a_min=32º,   a_max=141º

Таким образом выполняется соотношение:

amin+amax ≤ 180.

 

3.2. Построение внешних и электромеханических характеристик.

Семейства внешних характеристик тиристорного преобразователя и электромеханических характеристик тиристорного электропривода строятся для заданных (при номинальном токе якоря) значений частоты вращения двигателя , номинального значения напряжения питающей сети и обоих направлений выпрямленного тока.

Значения углов регулирования двух ВГ (ВГ, обеспечивающая протекание положительного тока двигателя) и (ВГ, обеспечивающая протекание тока в противоположном направлении) определяются из соотношения:

Таким образом можно получить выражение для номинального потока:

сФ=(Uд.н-Idn*(R∑+Rk)-2*U0)/ωд.н

            сФ=(220-1000*(0.00836+0.00812)-2*1,25)/52,3=3,84 , 

где  ωд.н=π*500/30=52,3 рад/с.

 

 

Получим значения углов регулирования, обеспечивающих при номинальном токе двигателя следующие значения его частоты вращения

	0	0.25	0.5	0.75
	0,0654	0,233	0,402	0,571	0,74
º	86,25	76,5	66,3	55,2	42,3
	-0.0654	-0.233	-0.402	-0.571	-0.74
º	93,75	103,5	113,7	124,8	137,7
	-0.25	-0.5	-0.75	-
	-0,102	-0,272	-0,44	-0,609
º	95,9	105,8	116,1	127,5
	0,102	0,272	0,44	0,609
º	84,1	74,2	63,9	52,5

 

 

Соответствующие указанным значениям углов внешние характеристики преобразователя и электромеханические характеристики электропривода для зоны непрерывного выпрямленного тока описываются уравнениями:

 

при Id>0

 

          

 

 

 

 

 

при Id<0

 

 

 

 

 

 

 

Для преобразователей с раздельным управлением ВГ граничное значение прерывистого тока I_dгр:

I_dгр=(E_do/(ω*L_∑))*(1-(π/m)*ctg(π/m))*sin(α)

I_dгр=(297,1/(314*0,00142))*(1-(π/6)*ctg(π/6))*sin(86,25)=61,9 А

 

В преобразователях с раздельным управлением ВГ при снижении выпрямленного тока до нулевого уровня выпрямленное напряжение и скорость двигателя стремятся к значениям:

при I_d>0  U_dm=(√2)*U_л*sin(π/3+ ) – 2*U_o;

U_dm=(√2)*220*sin(60+86,25) – 2*1,25= 170,4 В.

ω_dm = U_dm/cФ;

ω_dm =  170,4/3,84 = 44,4 рад/с.

 

 

при I_d<0   U_dm= - (√2)*U_л*sin(π/3+ ’’) + 2*Uo

U_dm= - (√2)*220*sin(60+93,75) + 2*1,25=  - 135,1 В

ω_dm=U_dm/cФ

ω_dm= -135,1 /3,84= -35,2  рад/с

 

Таблица 2 .  Внешние и электромеханические характеристики

при Id>0						при Id<0
	Ud	wd	Idгр	Udm	wdm		Ud	wd	Idгр	Udm	wdm
42,3			41,8	301,5	78,5	137,7			41,8	97,1	25,3
55,2			50,9	279,0	72,7	124,8			50,9	28,5	7,4
66,3			56,8	248,2	64,6	113,7			56,8	-31,6	-8,2
76,5			60,3	211,7	55,1	103,5			60,3	-85,9	-22,4
86,25			61,9	170,4	44,4	93,75			61,9	-135,1	-35,2
95,9			61,7	124,5	32,4	84,1			61,7	-179,9	-46,9
105,8			59,7	73,8	19,2	74,2			59,7	-220,6	-57,4
116,1			55,7	18,7	4,9	63,9			55,7	-255,7	-66,6
127,5			49,2	-43,1	-11,2	52,5			49,2	-284,9	-74,2