Силовая Преобразовательная техника

 
 

где:_-нагрузочные потери трансформатора;

-номинальный ток вторичной обмотки;

   -пульсность схемы;

 

                                                    (18)

где: -полное сопротивление КЗ;

 
 

где:-напряжение КЗ трансформатора в %;

 

 

 

 

         2.3Выбор сглаживающего дросселя.

 Выбор сглаживающего дросселя, включённого последовательно с  якорем двигателя, производится  для обеспечения непрерывности  тока двигателя на всём диапазоне изменения ЭДС преобразователя, а также для ограничения пульсации тока, которые ухудшают коммутацию двигателя и увеличивают его нагрев.

Сначала определяется требуемая постоянная времени электрической цепи исходя из условий ограничения зоны прерывистого тока:

 
 

где: – постоянный коэффициент схемы выпрямления. Для трёхфазной мостовой схемы=.

 – максимальное значение  относительного граничного тока  зоны прерывистого тока:

 

где:  – абсолютное наибольшее значение граничного тока, которое должно быть меньше тока холостого хода. Его значение должно находиться в пределах(0,05-0,15)∙I_н.

 – базовое  значение тока.

 

 

где: – максимальное значение анодного напряжения;

 – активное сопротивление  якорной цепи в граничном режиме (в режиме прерывистого тока):

 

где: – сопротивление якоря двигателя;

 – приведённое ко вторичной обмотке активное сопротивление трансформатора.

 – активное  сопротивление силового преобразователя,  учитывающее падение напряжения  на вентилях и проводах:

 

где: - падение напряжения на вентиле в прямом состоянии ≈ 2;

 – число последовательно  включённых вентилей проводящих  ток в один итот же момент  времени (= 2).

 

 

 

 

Теперь  можем определить :

 

Далее определяется требуемая индуктивность якорной  цепи и требуемая индуктивность сглаживающего дросселя:

                                                                                 (27)

где: – индуктивность якоря двигателя.

 

где: a = 2, w = 314.

 

 

= 0,028 –0,0031− 2∙ 0,000828 = 0,023 Гн.

 

Из каталога выбираем дроссель Фрос – 10/1 данные представлены

в таблице  4:

Таблица 4- Параметры  дросселя.

Iн, А	Lн, мГн	Потери мощности при Iн−ΔP, Вт	Масса, кг
100	75	180	700

 

Определяем  расчетные параметры силовой  цепи.

Расчетная индуктивность цепи выпрямленного  тока:

 

Расчетное сопротивление цепи выпрямленного  тока:

 

где:  - сопротивление перекрытие вентилей:

 

Определим расчетное сопротивление  цепи выпрямленного тока:

 

Тогда электромагнитная постоянная времени  будет получена как:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   3 РАСЧЕТ И ВЫБОР ЗАЩИТНЫХ RC-ЦЕПОЧЕК

 

Переходные  процессы в цепях преобразователей электрической энергии часто сопровождаются перенапряжениями, основными их которых являются:

Перенапряжения, обусловленные внутренними процессами в полупроводниковых приборах в моменты коммутации тока; коммутационные перенапряжения, возникающие в моменты отключения внешних цепей с индуктивностями; перенапряжения, вызванные резонансными явлениями в преобразователях; внешние перенапряжения, поступающие из питающей сети. Перенапряжения могут привести к электрическому пробою приборов, вызывающему, как правило, возникновение коротких замыканий.

Защитные  RС цепочки предназначены для ограничения скорости нарастания напряжения и снижения перенапряжений на вентилях схемы.

Точный  расчет  RС цепей достаточно сложен и требует учета ряда факторов и применения вычислительной техники. Параметры  RС цепочек определяются компромиссным решением с учетом достаточного ограничения уровня напряжения и скорости изменения напряжения на вентиле, а также ограничения амплитуды разрядного тока защитного конденсатора в момент включения вентиля при максимальном угле регулирования.

Параметры RС цепочек, защищающих полупроводниковые приборы от внутренних перенапряжений, ориентировочно можно определить по следующим формулам:

 

 

где: е_К– напряжение короткого замыкания трансформатора в относительных единицах;

 

– максимальное значение прямого тока вентиля;

– максимальное значение обратного тока вентиля;

W–угловая частота питающей сети.

С другой стороны, на основании опытных данных, параметры RС цепей выбираются в пределах: R=ЗЗ÷200 Ом,   С=0,1÷0,5 мкФ.

Тогда выбираем R=66 Ом, С=0,1 мкФ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              4 ВЫБОР ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА

 

На основании спроектированной схемы преобразователя, рассчитанных силовых элементов выбираем Электропривод «БТУ 3601» Электрическая функциональная схема ЭП «БТУ 3601» представлена в графической части листа 1.

 Электропривод «БТУ 3601» предназначен для регулирования скорости вращения как обычных двигателей постоянного тока с независимым возбуждением, так и высокомоментных электродвигателей.

Силовая часть преобразователя состоит из двух трехфазных мостовых комплектов тиристоров, работающих по принципу раздельного управления. Подключение преобразователя к силовой сети производится через согласующий трансформатор.

Управление скоростью вращения осуществляется двухконтурной системой автоматического регулирования с ПИ-регуляторами тока и скорости.

Для линеризации регулировочной характеристики преобразователя в зонах прерывистого и непрерывного токов используются нелинейное звено с сигналом положительной обратной связи по ЭДС двигателя.

Для повышения термостабильности и увеличение диапазона регулирования электропривода применяется предварительный усилитель регулятора скорости, выполненный по схеме модулятор – усилитель –демодулятор. Преобразователь состоит из двух печатных плат Е1 и Е2.

Плата Е1 содержит функциональные узлы, необходимые для управления нереверсивным электроприводом:

-систему импульсно-фазового управления  СИФУ;

-регуляторы скорости и тока  РС и РТ;

-функциональный преобразователь  ЭДС двигателя ФПЕ;

-нелинейное звено НЗ;

-блок питания БП;

-узел защиты и блокировки УЗ и Б.

       Выходное напряжение  регулятора скорости РС ограничивается  уровнем насыщения операционного  усилителя и с помощью переменного  резистора делителем, подключенного к выходу усилителя, может плавно регулироваться, задавая уставку тока ограничения.

        Параллельно  узлу ограничения тока подключен  узел зависимого от скорости  токоограничения, который осуществляет дополнительное ограничение тока и функции скорости.

Регулятор тока формирует напряжение, пропорциональное разности сигналов задания  на ток и отрицательной обратной связи по токам.

При переключении комплектов тиристоров В и И одновременно ключами Б и Н производится изменение полярности выходного напряжения датчика тока для сохранения отрицательного звена обратной связи по току.

Нелинейное звено суммирует  выходное напряжения регулятора тока U_рт, пропорциональное току двигателя, и напряжение обратной связи по ЭДС с разными коэффициентами передачи. Коэффициент передачи НЗ по входу U_рт является нелинейным, имея зависимость, обратную коэффициенту передачи тиристорного преобразователя в зоне прерывистого тока. Коэффициент передачи НЗ по входу U_в является постоянным.

Сигнал U_в формируется функциональным преобразователем ЭДС, имеющим характеристику близкую к арксинусной, т.е. обратную регулировочной характеристике тиристорного преобразователя. Этим осуществляется приведение сигналов тахогенератора, пропорционального ЭДС двигателя, по входу СИФУ.

Разнополярное напряжение управления U₂ нелинейного звена преобразуется переключателем характеристик в однополярное. Таким образом, в статическом режиме работы привода на управляющий орган СИФУ подается только отрицательная полярность, не зависимо от работающего комплекта тиристоров.

Управляющий орган СИФУ обеспечивает ограничение минимального и максимального  углов регулирования, установку  начального угла регулирования СИФУ вырабатывает импульсы управления для тиристоров. Фазовый сдвиг относительно силового напряжения на тиристорах на пропорционали напряжения, поступающему на СИФУ от УО.

Усилители импульсов согласуют  по мощности выход СИФУ  с импульсными трансформаторами. Кроме этого на УИ происходит сдваивание импульсов. Логическое устройство раздельного управления служит для формирования сигналов кл. В и кл. Н. управляющих ключами В и Н в датчике тока, переключателе характеристик и цепи импульсных трансформаторов.

Командной для УЛ на переключение комплектов является изменение полярности сигнала U_вд ,пропорционального напряжению U_рт и коэффициенту передачи НЗ.

Контроль отсутствия тока через  тиристоры производится датчиком проводимости вентилей.

Элемент И осуществляет логическое умножение блокировочных сигналов U_би и U_бя и имеет на выходе логический сигнал единичного уровня в тот промежуток времени, когда отсутствуют ток через тиристор и управляющий импульс на тиристоре.

При появлении команды на переключении комплектов и наличии на выходе элементов  и сигнала единичного уровня УЛ формирует сигнал U_р =0 нулевого уровня который запускает элемент от счета выдержки времени. На период выдержки времени импульсные трансформаторы обоих комплектов находится в отключенном состоянии, дополнительно сигнал U_р =0 запрещает формирование импульсов управления в СИФУ. По истечении выдержки времени происходит подключение импульсных трансформаторов к заданному комплекту, одновременно сигналом U_р=1 разрешатся формирование импульсов в СИФУ.

 

Узел  обеспечивает следующие виды защит:

• максимально – токовую «сеточную» действующую при аварийных токах;
• от перегрева двигателя при перегрузках;
• устранение «ползучей» скорости при отключении задатчика частоты вращения;
• от понижения напряжения в питающей сети.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ БЛОКА СИФУ

ЭЛЕКТРОПРИВОДА

 

Формирователь импульсов  - генерирует электрические  импульсы заданной частоты (обычно прямоугольной формы) для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах

Формирователь импульсов  представлен в графической части листа 2  и включает в себе следующие узлы: фильтр Ф, пороговые ПЭ1 и ПЭ2, формирование синхронизированных импульсов F, генератор пилообразного напряжения ГПН, нуль орган НО, RS-триггер Т, формирователь длительности импульсов ФДИ.

На вход фильтра Ф подается сигнал синхронизации

Фильтр  Ф осуществляет сдвиг синхронизирующего  напряжения на угол 30 эл. град. совмещая тем самым начало зоны разрешения выдачи  импульса на тиристор с точкой естественной коммутации силового напряжения на тиристорах.

Выходное  напряжение фильтра с помощью  пороговых элементов ПЭ1 и ПЭ2 преобразуется в две противофазные последовательности прямоугольных импульсов. Величина порогов (зоны не чувствительности) определяется падением напряжения на переходах база – эмиттер транзисторов VT1 и VT2. Длительность импульса единичного уровня определяет зону разрешения выдачи управляющих импульсов на соответствующий тиристор В промежуток времени перекрытия импульсов нулевого уровня на входах DD1.1  и DD1.2 на выходе F формируется синхроимпульс единичного уровня длительностью около 8 эл. град. Этот импульс открывает VT5, осуществляющий разряд интегрирующей ёмкости C3 до нулевого напряжения. После исчезновения синхроимпульса на выходе ГПН напряжение линейно возрастает от 0 до 10 вольт.

 

 

 

6 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТРУНОЙ СХЕМЫ БЛОКА СИФУ

 

Система импульсно-фазного управления  СИФУ формирует для управления тиристорами сдвоенные прямоугольные импульсы, фаза которых относительно силового напряжения на тиристорах изменяется пропорционально напряжения, поступающему управляющий орган СИФУ. Структурная схема приведена на рисунке 2

 

 

Рисунок 2- Структурная  схема формирователя импульсов

 

 и включает в себе следующие:

-источник синхронизирующего напряжения  ИСН;

-три идентичных формирователя  импульса ФИ;

-управляющий орган УО;

-шесть усилителей импульсов  УИ;

-двенадцать импульсных трансформаторов  ИТ;

В качестве ИСН используется вторичная  обмотка W3 трансформатор Т1 питание и синхронизации преобразователя. Присоединение силового трансформатора по схеме Y/Y напряжение синхронизации совпадает по фазе с силовыми напряжениями одноименных фаз на тиристорах.