Расчет силовой части тиристорного преобразователя для электропривода постоянного тока

          

где kp – количество пульсаций за период сетевого напряжения, (для трехфазной мостовой схемы  kp = 6);

К_П(1)% - допустимый коэффициент пульсаций, вычисляемый как отношение амплитуды основной гармоники выпрямленного тока к номинальному току якоря

            

U_dnm = 94,2 (В) амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения, определяемая при номинальных частоте вращения и токе якоря двигателя.

    Учитывая  наличие в цепи нагрузки индуктивности  якоря двигателя L_ДВ и уравнительных реакторов L_УР, величину индуктивности сглаживающего реактора определяют как:

            

    Коэффициент перед индуктивностью уравнительного реактора в зависимости от его типа и схемы преобразования принимает следующие значения:

• при использовании насыщающихся реакторов;

    Индуктивность якоря двигателя определяют по формуле:

            

где b = 0,5…0,6 – для некомпенсированных машин;

p = 4– число пар полюсов двигателя;

    При раздельном управлении группами тиристорного преобразователя индуктивность сглаживающего реактора должна обеспечивать непрерывность тока в рабочем диапазоне изменения нагрузок. Индуктивность цепи выпрямленного тока при этом определяют по формуле:

    для трехфазной мостовой схемы

    

 

          Здесь I_dгр – гранично-непрерывный ток, определяемый из задания:

            

    Угол  регулирования a_ГР вычисляют по формуле:

            

    Минимальное значение частоты вращения якоря w_Я.ГР. при гранично-непрерывном токе определяют из задания:

            

    Конструктивную  постоянную двигателя при неизменном потоке главных полюсов вычисляют по формуле:

            

где E_Я.Н. и w_Я.Н. – номинальные э.д.с. и частота вращения якоря двигателя, соответственно; R_Я.Ц. = R_Я + R_ДП – сопротивление якорной цепи при температуре 15^ОС, включающее сопротивления обмотки якоря и дополнительных полюсов.

    По  каталогу выбираем реактор ФРОС-250/0,5 и последовательно с ним соединяем реактор ФРОС-65/0,5

    ФРОС-250/0,5 номинальный ток: 320 А, номинальная  индуктивность 4,2 мГн

    ФРОС-65/0,5 номинальный ток: 320 А, номинальная  индуктивность 1 мГн

 

2.5.Выбор элементов защиты преобразователя

2.5.1.Защита вентилей от перегрузок по току

    

Рис. 2. Защита вентилей плавкими предохранителями

    

    Для защиты вентилей от аварийных перегрузок по току используют плавкие предохранители, которые включают последовательно с тиристорами (рис. 2). Они характеризуются значениями номинального напряжения U_{ПР. НОМ.}, номинального тока плавкой вставки I_{ВСТ. НОМ.} и интеграла Джоуля (защитного показателя) I_ПР ² t. Для обеспечения нормального гашения дуги, возникающей при расплавлении вставки, номинальное напряжение применяемого предохранителя должно быть не меньше номинального напряжения преобразователя:

            

    Номинальный ток плавкой вставки определяем по номинальному току двигателя из соотношения:

           (А) 

где K_3i = 2 .. 2,5 – коэффициент запаса, учитывающий увеличение тока через вентиль в переходном процессе пуска или торможения двигателя, n – количество параллельно соединенных вентилей. Номинальный ток держателя (или основания) предохранителя I_{ПР. НОМ.} должен быть не меньше номинального тока плавкой вставки:

            

    Для оценки защищенности вентиля сравниваем его защитный показатель I²t с интегралом Джоуля предохранителя I²_ПРt. При этом должно выполняться условие:

            

      Защитный показатель тиристора вычисляем по формуле: 

            

    По  рассчитанным значениям из каталога выбираем предохранитель ПП57-3737 на номинальный ток 400 А и номинальный ток плавкой вставки 315 А.

2.5.2.Защита вентилей от перенапряжений

    Для защиты тиристоров от перенапряжений, возникающих при включении и отключении трансформатора, между фазными выводами вторичной обмотки включают демпфирующие цепи R_ФC_Ф (рис. 3).

    

Рис. 3. Защита вентилей от перенапряжений в фазах трансформатора

    

    Емкость конденсатора такой цепи определяют по формуле (в микрофарадах):

              где   S_Н – номинальная мощность трансформатора, кВА;

I₀ – ток холостого хода трансформатора, А;

U_{ЗС. П.} – максимально допустимое повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии вентиля, В;

– максимальное напряжение на закрытом вентиле в схеме, В;

    Для обеспечения апериодического переходного процесса в контуре, образуемом демпфирующей цепочкой с индуктивностью рассеяния трансформатора, сопротивление резистора выбирают из соотношения:

          

    

Рис. 4. Защита вентиля от коммутационных перенапряжений

    

    Для подавления периодических коммутационных перенапряжений на вентиле, возникающих при его запирании, параллельно каждому тиристору подключают цепь R_VC_V (рис. 4).  
 

            

    Здесь u_К – напряжение короткого замыкания трансформатора, в %. Максимальное значения обратного тока тиристора I_{ОБР. МАКС,} вычисляют из соотношения:

          

где w=2pf – угловая частота сети; t_{ВОС, ОБР} – время обратного восстановления вентиля; a_Н = 30^О – угол управления при номинальных напряжении и токе преобразователя, g = 20^О – максимальный угол коммутации вентиля.

    Сопротивление R_V выбирают:

          

    И по стандартам выбираем резисторы с  R_v=100 Ом. 

2.5.3.Защита двигателя

    В преобразователе предусматривают  защиты: от включения двигателя при  наличии напряжения на выходе преобразователя, от превышения напряжения на якоре, максимальную токовую и от чрезмерного ослабления магнитного потока главных полюсов. Их обеспечивает релейно-контакторная схема, показанная на рис. 5. В ней якорь двигателя подключен к выходу преобразователя через главные контакты К5.1 и К5.2 контактора К5, в цепи катушки которого находятся контакты защитных реле.

    Защита  от включения двигателя при наличии  напряжения реализована с помощью реле К1. Его катушка через добавочный резистор R1 подключена к выходу преобразователя ТП до главных контактов контактора, а размыкающий контакт реле включен последовательно с пусковой кнопкой SB2.

    Защита  якоря двигателя от недопустимого  увеличения напряжения выполнена на реле К2. Его катушка через добавочный резистор R2 подключена к выходу преобразователя после главных контактов контактора, а размыкающий контакт включен последовательно с катушкой контактора К5.

    Реле  К3 осуществляет максимальную токовую  защиту. Его катушка включена последовательно с якорем двигателя, а размыкающий контакт - последовательно с катушкой контактора К5.

Рис. 5. Релейно-контакторная схема защиты двигателя

    Защиту  от чрезмерного уменьшения тока возбуждения  осуществляет реле К4, катушка которого включена в цепь обмотки возбуждения  двигателя, а замыкающий контакт находится в цепи катушки контактора К5. Вентиль VD1 с резистором R3 образуют цепь разряда индуктивности обмотки возбуждения двигателя после размыкания контактов автоматического выключателя SF2.

2.5.4.Выбор автоматических выключателей

    Для преобразователей, питающихся от сети с напряжением не более 380 В, на первичной стороне устанавливают автоматический выключатель переменного тока серии А3700. Для включения якоря двигателя к преобразователю используют быстродействующий автоматический выключатель постоянного тока серии А3700, который одновременно выполняет функции защиты от аварийных режимов. Для включения питания обмотки возбуждения двигателя и цепи собственных нужд преобразователя используют автоматический выключатель постоянного тока серии АП50Б.

 

3. Расчет и  построение регулировочных характеристик

    Регулировочные  характеристики в зоне непрерывных токов могут быть построены по соотношению:

    

.

    Так как  регулировочные характеристики не совпадают, появляется люфт в характеристике при переходе с группы, работающей в выпрямительном режиме, на группу, работающую в инверторном режиме.

    По  характеристике строится характеристика (рис.6)                                                                                                                                    с учётом формулы:

    

,

где   – эквивалентное сопротивление тиристорного преобразователя,

    

,

    где   m=6 – число фаз тиристорного преобразователя,

    

Таблица 1

a,°	0	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150	165	180
Ed	276,0	266,4	238,2	194,8	137,2	70,5	0,0	-70,5	-137,2	-194,8	-238,2	-266,4	-276,0
Ud	263,1	275,5	267,1	244,2	202,7	147,1	81,5	10,4	-59,2	-127,0	-186,2	-232,4	-263,5

 

4. Расчет и построение электромеханических характеристик

1. Зона  непрерывных токов

    Семейство электромеханических характеристик системы «преобразователь – двигатель» рассчитываем и  строим, изменяя угол управления a от 0⁰ до 180⁰ с шагом 15⁰, по уравнению: