Преобразовательная техника

 

Рис. 3.4. Узел формирования опорного напряжения.

Рис. 3.5. Узел фазосмещения.

Как следует из функциональной схемы рис. 3.3. СИФУ состоит из узла формирования опорных напряжений Z, узла фазосмещения АТ и переключающего устройства АВ.

Узел формирования опорных напряжений (рис.3.4.) включает в себя синхронизирующий трехфазный трансформатор с двумя группами вторичных обмоток (СТ), которые можно включать по схемам звезды или треугольника, и ячейку фильтра Z с тремя каналами апериодических фильтров, обеспечивающих фазовый сдвиг на 60^о (240^о при учете инвертирования напряжений операционными усилителями). Амплитуда опорных напряжений после фильтра В.

Узел фазосмещения АТ (рис. 3.5.) формирует шесть последовательностей импульсов для выпрямительного моста VSF (“В”) или для моста VSB (“Н”), которые усиливаются усилителями A-F, A-B.

Узел фазосмещения состоит из шести компараторов А7.1, А7.2, А8.1, А8.2, А9.1, А9.2 на входе которых сравниваются напряжения управления и соответствующее опорное напряжение .

На один из входов усилителя  А5.1, имеющего коэффициент передачи  равный 1, поступает сигнал управления U_у из системы автоматического регулирования, а на второй вход – напряжение начального согласования U_о, обеспечивающее начальный угол управления при . Постоянная времени цепи обратной связи А5.1 – 0,1 мс. Коэффициент передачи инвертирующего усилителя А5.2 также равен 1.

Сравнение и опорного напряжения соответствующей фазы ( A_F, B_F или C_F) осуществляется на компараторах А7 - А9, причем на компараторах А7.1 – А9.1 подается , а на компараторы А7.2 – А9.2  - . По переходу сигналов на выходах компараторов А7.1, А8.1, А9.1 из “1” в “0” – формируется напряжение прямоугольной формы группы “вперед” VSF (AS, BS, CS). Из трех сигналов фазосмещения формируется шесть импульсов. Это можно осуществить логической обработкой сигналов  фазосмещения и 180-градусных ограничений, в результате которой получают сигналы фазосмещений также длительностью 180 электрических градусов. При этом по фронту этих сигналов отпираются тиристоры катодной группы “вперед”, а по спаду – тиристоры анодной группы “вперед”.

По переходу сигналов на выходе компараторов А7.2, А8.2, А9.2 из “1”  в “0” – формируются импульсы группы “назад”. После логической обработки также получают шесть 180–градусных сигналов, по фронту и  спаду которых формируются импульсы катодной и анодной группы тиристоров “назад”.

Выбор работающего моста  осуществляется логическим переключающим  устройством АВ в зависимости  от полярности напряжения переключения U_п и абсолютного значения тока нагрузки или состояния тиристоров силового моста. Устройство АВ формирует логические сигналы выбора моста VSF или VSB, переключает полярность задания начального угла U_о и вырабатывает сигнал бестоковой паузы , по которому снимаются импульсы с обоих выпрямительных мостов. Сигнал , появляющийся одновременно с сигналом , но  исчезающий несколько позже, служит для отключения задания тока во время бестоковой паузы. По сигналу срыва импульсов импульсы снимаются с обоих мостов.

Измерение тока производится трансформаторами переменного тока, установленных в фазах силового трансформатора, или датчиками постоянного тока, подключенными к шунту в цепи нагрузки. Оба этих датчика не могут обеспечить достаточно высокую чувствительность измерения тока и поэтому являются «грубыми» датчиками. Для получения быстродействующей системы реверса тока наличие «грубого» датчика необходимо, так как по его команде производится срыв импульсов, что ускоряет спадание тока в выходящей из работы группе.

Кроме измерения тока силовой  цепи в преобразователе производится контроль состояния силовых тиристоров с помощью блока датчика состояния тиристоров, который непосредственно фиксирует моменты запертого состояния всех тиристоров силового моста. По команде этого датчика начинается отсчет  бестоковой паузы (1-2 мс), которая может быть рассчитана на время, необходимое для восстановления запирающих свойств  тиристоров.

В работе схемы АВ принимает  участие  один из «грубых» датчиков и «тонкий» датчик.

Защита осуществляется узлом  АF, который воспринимает нагрузку в цепи переменного тока и в цепи постоянного тока , а также сигнал «Авария», вырабатываемый в схеме управления электроприводом. Узел AF через узел ускоренного отключения A-R отключает автоматический выключатель главной цепи QF, воздействуя на его независимый расцепитесь, снимает сигнал готовности в схеме управления электроприводом и сдвигает управляющие импульсы в инверторную область.

Расчет фазовых характеристик  СИФУ реверсивного тиристорного преобразователя с синусоидальным опорным напряжением производится по формуле

 

 

где начальный угол согласования характеристик, принимается 95^о;

В – максимальное значение опорного напряжения;

- напряжение смещения.

Максимальное значение угла регулирования 

 

где g - угол коммутации при ,

      d - угол восстановления запирающих свойств тиристора,

 

       t_выкл=100 мкс – время выключения тиристора Т123–500;

       Da=3^о – допустимая асимметрия импульсов.

Угол коммутации при

 

где - номинальный угол, соответствующий номинальному режиму работы двигателя,

 

По приведенному уравнению  рассчитаны фазовые характеристики выпрямительных мостов VSF и FSB, данные расчета приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2.

Фазовые и регулировочные характеристики СИФУ и реверсивного СИФУ при

Uу, В	-8	-7	-6	-5	-4	-3	-2	-1	0	1	2	3	4	5	6	7	8
	Группа VSF Инвертор                                                                Выпрямитель
a1, град	––	164	146	135	126	118	110	102	95	88	81	73	66	58	48	38	24
Ed1, В		-498	-436	-371	-306	-241	-175	-110	-45	20	85	150	215	280	345	410
	Группа FSB Инвертор                                                                Выпрямитель
a2, град	24	38	48	58	66	73	81	88	95	102	110	118	126	135	146	164	––
Ed2, В		-410	-345	-280	-215	-150	-85	-20	45	110	175	241	306	371	436	498

 

 

Рис. 3.6. Фазовые характеристики реверсивного тиристорного преобразователя

 

3.6. Расчет и построение регулировочных E_d=¦(U_y) и внешних характеристик U_d=¦(I_d) реверсивного тиристорного преобразователя

При синусоидальном опорном  напряжении ЭДС тиристорного преобразователя

 

по которому рассчитаны регулировочные характеристики выпрямительных групп VSF и VSB. Данные расчета представлены в таблице 3.2., а на рис. 3.7. – регулировочные характеристики E_d=¦(a). Знак «-» принимается для группы «Вперёд».

Максимальная ЭДС тиристорного преобразователя с точки зрения безопасного инвертирования при a_max=163^o составляет

 

Коэффициент усиления тиристорного преобразователя определится либо по формуле

 

либо с использованием регулировочных характеристик E_do=¦(a) рис.3.9

 

Внешняя характеристика тиристорного преобразователя U_d=¦(I_d) при a=const (одной выпрямительной группы) в режиме непрерывного тока в соответствии со схемой замещения реверсивного тиристорного преобразователя (рис. 3.8.) может быть представлена следующим уравнением:

 

а_в=2 -  для мостовой схемы выпрямления;

R_р=0,0038 Ом – активное сопротивление фазы реактора;

X_р=0,032 Ом – индуктивное сопротивление фазы реактора.

 

Рис. 3.7. Регулировочные характеристики реверсивного тиристорного преобразователя.

 

 

Рис. 3.8. Схема замещения реверсивного тиристорного преобразователя при работе на якорь двигателя.

При в граничном режиме:

 

 

В непрерывном режиме напряжение и ток определяются по следующим  формулам:

 

При   l=0 (I_d=0); a£30^о;

а при a³30^о;

По приведенным формулам рассчитаны зависимости  U_d=¦(I_d) (см. табл. 3.3.) при различных a=15^о, 30^о, 60^о, 75^о, 90^о, 105^о, 120^о, 135^о, 160^о, которые представлены на рис. 3.9.

Табл. 3.3.

α, град			15	Idгр, А			11,0
λ, град	0	25	35	45	55	60	75	90
Id, А	0,0	0,0	0,4	2,4	7,1	11,0	31,2	69,1
Ud, В	537,4	532,6	528,6	519,2	504,7	495,7	461,8	419,0
α, град			30	Idгр, А			21,2
λ, град	0	25	35	45	55	60	75	90
Id, А	0,0	0,7	2,6	6,9	15,2	21,2	49,7	97,8
Ud, В	537,4	520,5	504,6	483,8	458,6	444,4	396,6	342,1
α, град			45	Idгр, А			30,0
λ, град	0	25	35	45	55	60	75	90
Id, А	0,0	1,4	4,6	11,0	22,2	30,0	64,7	119,7
Ud, В	519,1	472,9	446,2	415,5	381,2	362,9	304,3	241,9
α, град			60	Idгр, А			36,7
λ, град	0	25	35	45	55	60	75	90
Id, А	0,0	2,1	6,3	14,4	27,7	36,7	75,4	133,6
Ud, В	465,4	393,1	357,4	318,8	277,8	256,6	191,3	125,2
α, град			75	Idгр, А			41,0
λ, град	0	25	35	45	55	60	75	90
Id, А	0,0	2,6	7,6	16,7	31,3	41,0	80,9	138,3
Ud, В	380,0	286,5	244,3	200,4	155,5	132,8	65,2	0,0
α, град			90	Idгр, А			42,4
λ, град	0	25	35	45	55	60	75	90
Id, А	0,0	3,0	8,4	18,0	32,8	42,4	80,9	133,6
Ud, В	268,7	160,3	114,5	68,4	22,6	0,0	-65,2	-125,2
α, град			120	Idгр, А			36,7
λ, град	0	25	35	45	55	60	75	90
Id, А	0,0	3,1	8,2	16,7	29,1	36,7	64,7	97,8
Ud, В	0,0	-115,4	-159,1	-200,4	-238,7	-256,6	-304,3	-342,1
α, град			135	Idгр, А			30,0
λ, град	0	25	35	45	55	60	75	90
Id, А	0,0	2,8	7,2	14,4	24,2	30,0	49,7	69,1
Ud, В	-139,0	-246,2	-284,3	-318,8	-349,3	-362,9	-396,6	-419,0
α, град			150	Idгр, А			21,2
λ, град	0	25	35	45	55	60	75	90
Id, А	0,0	2,3	5,8	11,0	17,6	21,2	31,2	35,8
Ud, В	-268,7	-360,2	-390,1	-415,5	-436,0	-444,4	-461,8	-467,3

 

 

 

Рис. 3.9. Внешние характеристики тиристорного преобразователя.

3.7 Расчёт энергетических  характеристик

Энергетические  характеристики тиристорных преобразователей оцениваются коэффициентом мощности c и коэффициентом полезного действия .

Коэффициент мощности c в самом общем случае может быть определен как отношение активной мощности, потребляемой преобразователем Р, к полной мощности S (кажущейся мощности для несинусоидальных токов)

 

   Полная и активная  мощности, потребляемые из сети  в общем случае несинусоидальных  напряжений и токов   S=m∙U_1ф∙I_1ф;

 

где:   U_1ф(1), I_1ф(1) – фазные первичные действующие значения основных                          

          гармоник напряжения и тока;

         U_1ф(n), I_1ф(n) – действующие значения фазных напряжения и тока      

           высших гармоник;

         j₁₍₁₎ – угол сдвига между векторами основных гармоник фазных

           напряжений и токов;

          j_1(n) – угол сдвига между векторами напряжения и тока высших гармоник.

 В случае ,что справедливо для мощных сетей, коэффициент искажения по напряжению:

 

а по току:

 

величина, которого для трехфазного  мостового выпрямителя

 

Активная мощность, потребляемая из сети

 

где                                                  

а коэффициент мощности без  учета процесса коммутации определяется по формуле

 

для регулируемого мостового выпрямителя с учетом процесса коммутации (<30°) коэффициент мощности определяется по формуле:

 

Активная и  реактивная мощности по первой гармонике  тока

 

 

где

 

 

Мощность искажения (дисторции)

 

Рассчитаем и построим зависимости S, P, Q, D, для

спроектированного тиристорного преобразователя при изменении от до в режиме непрерывного тока и условии неизменной гладкой составляющей выпрямленного тока    I_dн=500 A.

Порядок расчета следующий: определяются следующие величины

1. Линейный (фазный) ток

 

2.Первая гармоника  первичного фазного (линейного)  тока

 

3. Коэффициент искажения  по току с учётом коммутации

 

- угол регулирования α в расчётах принимается от α_min = 15˚ до α_max = 180˚.

6. Полная мощность 

 

7. Активная мощность

 

8. Реактивная мощность

 

9. Коэффициент мощности

 

10. Мощность дисторции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты расчётов зависимостей S, P, Q, D, χ =(α) представлены в таблице 3.4. и на рисунке 3.10.

Таблица 3.4. – Результаты расчёта энергетических характеристик

α, град	S, ВА	P, Вт	Q, ВАр	D, ВА	χ		cosφ1	sinφ1
15	269445	237938,63	110756,09	60982,8	0,883	17,08	0,907	0,422	0,974
30	269445	210561,29	154253,40	66861,3	0,781	11,64	0,807	0,591	0,969
45	269445	168576,29	198258,11	69831,0	0,626	8,95	0,648	0,762	0,966
60	269445	114495,94	233235,52	71361,6	0,425	7,58	0,441	0,898	0,964
75	269445	51791,93	254406,43	72080,3	0,192	6,94	0,199	0,980	0,964
90	269445	-15401,54	259127,45	72224,4	-0,057	6,81	-0,059	0,998	0,963
105	269445	-82623,00	246204,00	71816,7	-0,307	7,18	-0,318	0,948	0,964
120	269445	-145435,93	215539,93	70650,8	-0,540	8,22	-0,559	0,829	0,965
135	269445	-199842,10	167478,83	67930,7	-0,742	10,67	-0,766	0,642	0,968
150	269445	-243491,96	99753,00	57979,4	-0,904	19,96	-0,925	0,379	0,977