Преобразовательная техника

Содержание

Введение 2

1. Технические условия на разработку 3

2.Технические данные двигателя 3

3. Проектирование тиристорного преобразователя Error! Bookmark not defined.

3.1 Выбор   тиристорного преобразователя 4

3.2 Выбор токоограничивающего реактора 5

3.3 Выбор тиристоров. 6

3.4 Расчёт индуктивности и выбор сглаживающего дросселя 9

3.5 Выбор СИФУ 11

3.6 Характеристики тиристорного преобразователя Error! Bookmark not defined.

3.7 Расчёт энергетических характеристик 21

4. 3ащита тиристорного преобразователя 27

4.1. Разновидности и причины аварийных режимов 27

4.2 Требования к защите 28

4.3 Выбор защитных аппаратов 29

Заключение 36

  Список использованных источников 37

 

Введение

Выпускаемые отечественной  промышленностью полупроводниковые  неуправляемые и управляемые  вентили позволяют создавать  компактные, малогабаритные статические  преобразователи тока, которые находят  широкое применение в промышленности, на железнодорожном и городском  транспорте, самолетах и т.п. Различные  выпрямители используются для возбуждения  электрических машин, для питания  якорей двигателей в системах электропривода постоянного тока, электролизных  установок в химической промышленности и цветной металлургии и для  многих других потребителей народного  хозяйства нашей страны.

Автоматизированный электропривод  выполняется в виде комплектного устройства, состоящего из регулируемого  источника питания двигателя  и системы управления приводом. В  качестве регулируемого источника  питания в этих устройствах применяются  тиристорные агрегаты, которые по сравнению с другими преобразователями обладают существенными технико-экономическими преимуществами: высоким    к. п. д., компактностью, отсутствием подвижных контактов и вращающихся масс, отсутствием таких токсичных материалов, как ртуть, постоянной готовностью к работе, широким температурным диапазоном работы, высокой надежностью и удобством в эксплуатации.

Однако не только рациональная конструкция и высокое качество изготовления определяют надежность работы тиристорных агрегатов на объекте. Решающим условием надежности, в значительной степени зависящим от обслуживающего персонала, является поддержание качественных показателей, достигнутых на заводе, на должном уровне при эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

1. Технические  условия на разработку

В качестве нагрузки тиристорного преобразователя применен двигатель постоянного тока независимого возбуждения типа 2ПФ315МУХЛ4, сеть трехфазная переменного тока 380 В, режим работы электропривода – реверсивный.

2. Технические данные двигателя

Технические данные двигателя 2ПФ315МУХЛ4 представлены в таблице 2.1

Таблица 2.1.

N п/п	Наименование	Ед. изм.	Величина
1.	Номинальная мощность, Рн	кВт	55
2.	Номинальное напряжение,Uн	В	220
3.	Номинальный ток якоря, Iн	A	287,3
4.	Частота  вращения,     –– номинальная, nн      –– максимальная, nmax	об/мин об/мин	600 1500
5.	КПД, η	%	87
6.	Сопротивление обмоток  при 15о С   –– якоря, rя   –– добавочных полюсов,  rдп   –– обмотки возбуждения,  rв	Ом Ом Ом	0,029 0,004 34

Номинальный ток якоря, I_н найдем из выражения

 

3. Проектирование тиристорного преобразователя

3.1. Выбор   тиристорного преобразователя

Для заданной мощности Р_н, напряжения U_н, тока I_н, перегрузочной способности = 2,5 наиболее целесообразной схемой выпрямления является трехфазная мостовая схема с питанием от сети переменного тока 380 В., реакторный вариант; преобразователь реверсивный по встречно-параллельной схеме с раздельным управлением вентильными группами.

При определении номинальных  значений выпрямленного напряжения и тока необходимо обеспечить:

 

 

и учесть

 

Этим условиям отвечает тиристорный преобразователь со следующими номинальными данными:

 

где - перегрузочная способность тиристорного преобразователя в течение 10 с.

Этим условиям удовлетворяет тиристорный преобразователь из серии КТЭ

КТЭ-500/220-131-1ВМТД-УХЛ4 на = 500 A., U_dн = 220 В. со следующими данными:

КТЭ – комплектный тиристорный электропривод;

500 – номинальный ток;

440 – номинальное напряжение;

1 – однодвигательный электропривод без линейного контактора;

3 – реверсивный с изменением напряжения на якоре;

1 – исполнение ТП с реактором;

1 – АСР скорости однозонная;

В – наличие  устройства питания обмотки возбуждения;

М, Т, Д – наличие питания тормоза, тахогенератора, динамического торможения;

УХЛ – климатическое исполнение;

4 – категория размещения по ГОСТ15150-69.

 

 

Силовая схема представлена на рисунке 3.1. Схема РТП встречно-параллельная.

Рисунок 3.1. Принципиальная схема реверсивного тиристорного преобразователя, работающего на двигатель постоянного тока.

3.2 Выбор силового трансформатора

Максимально расчетное значение выпрямленной ЭДС в режиме непрерывного тока определяется по формуле:

 

Uн – номинальное значение напряжения на двигатели;

 I_н – номинальное значение выпрямленного тока преобразователя;

 α_min – минимальный угол регулирования;

 α_min=15÷20º – если особых требований в отношении динамических показателей электропривода не предъявляется;

 ∆U – падение напряжения на тиристоре;

 а_в – коэффициент, учитывающий число коммутаций фазы за период;

 в, с_т, d – расчетные коэффициенты;

 k_сет – коэффициент, учитывающий индуктивность сети переменного тока;

 k_сет=1,0÷1,2 – при проектировании маломощных и средней мощности электроприводов;

е_к% – напряжение короткого замыкания; е_к% =5÷10%;

∆P_м% – потери; ∆P_м% =1÷3%;

∆U_С% – возможные колебания напряжения сети; ∆U_C% =5%.

Вторичное, линейное напряжение трансформатора 

 В

Расчетная мощность трансформатора

 кВА

На основании значений расчетной мощности, требуемого первичного и вторичного напряжений выбирается трансформатор из серии сухих /1,4/ типа ТСЗП –630/10У3 с техническими данными, приведенными в таблице.

Таблица 3.1.

Технические данные трансформатора

Тип трансформатора, схема  и группа соединения	, кВА	Номинальное напряжение			Номинальный ток		,%	, %	Потери, кВт
		U1л, В	U2л, В	Udн, В	,А	, А
ТСЗП-250/10У3 Y/D-11	281	10000	410	460	816	1000	6.1	1.65	2.1	6.0

 

Максимальное значение выпрямленной ЭДС при

 В,

где - линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора при соединении в треугольник.

Первичный линейный (фазный) ток (для Y)

 А

где - коэффициент трансформации трансформатора.

Полное сопротивление  трансформатора, приведенное ко вторичной  обмотке

 Ом.

Активное сопротивление  обмоток трансформатора, приведенное  ко вторичной обмотке

 Ом

Индуктивное сопротивление

 Ом

Индуктивность трансформатора

 мГн.

3.3 Выбор тиристоров.

Расчёт силового модуля

На основании номинальных  данных преобразователя необходимо выбрать тиристоры, схему соединения и число вентилей в плече.

Для трехфазной мостовой схемы выпрямления при  I_dн=500 А. и _тп = 2,25 выбираются тиристоры серии Т.

Тиристоры серии  Т допускают эксплуатацию при  температуре окружающей среды от -60° до +55°С с охладителями в соответствии с ТУ-16-729,377-83, с критической скоростью нарастания тока (di/dt) = 320 A/мкc. Время обратного восстановления тиристора не более 40 мкс, падение напряжения в открытом состоянии не более 2,0 В., максимально-допустимый средний ток с охладителем конструкции 0153 находится в пределах (225640) А. при скорости охлаждающего воздуха соответственно (012) м/с.

На    основании    номинальных   данных   тиристорного    преобразователя выбираем тиристор Т123-500-8-4-УХЛ-2.

 

Структура обозначения тиристора следующая:

Т – тиристор;

1– порядковый номер модификации конструкции;

2 – обозначение диаметра корпуса;

3 – обозначение конструктивного исполнения корпуса

500 – максимально допустимый средний ток в открытом состоянии, при t_кopnyca=90С;

8 – повторяющееся импульсное напряжение

в закрытом состоянии, 800 В. (класс)

4 – критическая скорость нарастания напряжения в открытом состоянии, не менее 200 В/мкс для 4 гр.;

УХЛ – климатическое исполнение;

2 – категория размещения по ГОСТ 15150-69.

Число параллельно включенных тиристоров в плече определяется

 

где m=3 – число фаз питающей сети;

 I_пр – предельный ток выбранного тиристора;

 k₁ = 0,9 – коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки параллельно включённых тиристоров;

 k₂ = 0,9 – коэффициент, учитывающий неравномерную длительность включения тиристоров;

 k₃ = 1 – для принудительного воздушного охлаждения;

I_пр – предельный ток выбранного тиристора;

По результатам расчётов принимается необходимое (целое) число  параллельно включенных тиристоров в плече (принимается один тиристор в плече).

Число последовательно включенных тиристоров в плече

 

где - максимальное обратное напряжение на тиристоре

 

- коэффициент запаса по напряжению;

 В. – номинальное напряжение тиристора (соответствует классу тиристора).

Так как число  параллельно и последовательно  включенных тиристоров принято равным единице, то нет необходимости в установке индуктивных делителей тока и делителей напряжения

Рисунок 3.2. Вентильная часть  реверсивного тиристорного преобразователя, импульсный узел тиристора.

3.4. Расчёт индуктивности и выбор сглаживающего дросселя

Сглаживающий  дроссель включается последовательно  с якорем двигателя и его индуктивность рассчитывается следующим образом.

Критическая индуктивность  силовой цепи из условия сглаживания пульсаций выпрямленного тока.

 где

P₁% = 5% принятая величина действующего значения основной гармоники переменной составляющей выпрямленного тока.

Е_dnm - амплитуда основной гармонической выпрямленной ЭДС n-го порядка

 

 

Критическая индуктивность  силовой цепи из условий ликвидации прерывистого режима на холостом ходу двигателя (принять 10% от , _яхх=∙10% =0,1∙404,04=40,404 А.).

 

 

 

 

 

Индуктивное  сопротивление 

Из двух значений критической индуктивности выбирается большее, и по уравнению

 

определяется  требуемая индуктивность сглаживающего дросселя L_сд

 

 

 

где

 

где β – эмпирический коэффициент, для компенсированных машин β=0,1;

р – число пар полюсов;

U_н, I_н, ω_н – соответственно номинальные значения напряжения, тока, частоты вращения двигателя

Выбирается один сглаживающий дроссель типа ФРОС–500/0,5У3 со следующими техническими данными: А., мГн.

3.5. Выбор СИФУ

Для управления тиристорным преобразователем выбирается многоканальная синхронная система импульсно-фазового управления (СИФУ) с опорным синусоидальным напряжением и вертикальным принципом регулирования фазы отпирающих импульсов.

СИФУ комплектных тиристорных электроприводов серии КТЭ состоит из ячейки фазосмещения, ячейки формирования импульсов, ячейки переключающего устройства (ЛПУ) и представлена на рис 3.3. в составе функциональной схемы преобразовательной части. СИФУ серии КТЭ имеет следующие особенности: косинусоидальное опорное напряжение, шестиканальное устройство фазосмещения для обоих выпрямительных мостов в реверсивных преобразователях, высокочастотное заполнение узких отпирающих импульсов, использование сигналов с трансформаторов переменного тока или датчиков постоянного тока подключенных к шунту в цепи нагрузки и с датчиков закрытого состояния тиристоров для работы логического переключающего устройства (ЛПУ).