10.5. Выбор тиристоров. Расчет силового модуля.

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

Для трехфазной мостовой схемы выпрямления при А ивыбираются тиристоры серии Т со следующей технической характеристикой, представленной на рис.10.3

Тиристоры серии Т допускают эксплуатацию при температуре окружающей среды от –60^о до +55^оС с охладителями в соответствии с ТУ-16-729,377-83, с критической скоростью нарастания тока . 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 (225640) А при скорости охлаждающего воздуха соответственно (012) м/с.

Т2 5 3-1000-10-4 3-УХЛ2

­

тиристор

порядковый номер модификации конструкции

обозначение диаметра корпуса

обозначение конструктивного исполнения корпуса

максимально допустимый средний ток

воткрытом состоянии, 1000А при

повторяющееся импульсное напряжение

взакрытом состоянии, 1000В (класс)

критическая скорость нарастания напряжения

в открытом состоянии, не менее 200 В/мкс для гр. 4

время выключения для группы 3 не более 160 мкс

климатическое исполнение

категория размещения по ГОСТ 15150-69

Рис. 10.3 Структура условного обозначения тиристора

Число параллельно включенных тиристоров в плече определяется

Принимается один тиристор в плече.

Число последовательно включенных тиристоров в плече

,

где - максимальное обратное напряжение на тиристоре,

В;

- коэфициент запаса по напряжению;

В – номинальное напряжение тиристора (соответствует классу тиристора).

По результатам расчета принимается один тиристор.

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

Вентильная часть реверсивного тиристорного преобразователя представлена на рис.10.4.

10.6. Расчет 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.

,мГн

где принятая величина действующего значения основной гармоники переменной составляющей выпрямленного тока.

Критическая индуктивность силовой цепи из условий ликвидации прерывистого режима на холостом ходу двигателя (принят ).

Вс,

Из двух значений критической индуктивности выбирается большее, и по уравнению

определяется требуемая индуктивность сглаживающего дросселя.

мГн

Здесь мГн

В соответствии с /1/ или/4,13/ выбирается сглаживающий дроссель типа ФРОС – 100/0.5 У3 со следующими техническими данными: А,мГн для длительной работы со значением выпрямленного напряжения не выше 500 В.

10.7 Выбор сифу. Расчет фазовых характеристик

Для управления тиристорным преобразователем выбирается многоканальная синхронная система импульсно-фазового управления (СИФУ) с опорным синусоидальным напряжением и вертикальным принципом регулирования фазы отпирающих импульсов /1,4/.

СИФУ комплектных тиристорных электроприводов серии ЭКТ состоит из ячейки фазосмещения, ячейки формирования импульсов, ячейки переключающего устройства (ЛПУ) и представлена на рис 10.5 в составе функциональной схемы преобразовательной части. СИФУ серии ЭКТ имеет следующие особенности /4/: 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).

Рис. 10.6. Узел формирования опорного напряжения

Рис.10.7. Узел фазосмещения

Как следует из функциональной схемы рис.10.5 СИФУ состоит из узла формирования опорных напряжений Z, узла фазосмещения АТ и переключающего устройства АВ.

Узел формирования опорных напряжений (рис.10.6) 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.10.7) 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 коэфициент 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 мостаVSF 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 импульсовимпульсы 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. УзелAF через узел ускоренного отключения A-R отключает автоматический выключатель главной цепи QF, воздействуя на его независимый расцепитель, 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

B,

где начальный угол согласования характеристик, принимается 95^о;

В – максимальное значение опорного напряжения;

- напряжение смещения.

Максимальное значение угла регулирования

где  - угол коммутации при ,

 - угол восстановления запирающих свойств тиристора,

t_выкл=160 мкс – время выключения тиристора Т 253 – 1000;

=3^о – допустимая асимметрия импульсов.

Угол коммутации при

где - номинальный угол, соответствующий номинальному режиму работы двигателя,

По приведенному уравнению рассчитаны фазовые характеристики выпрямительных мостовVSF и FSB, данные расчета приведены в табл. 10.3.

Таблица 10.3.

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
1, град	––	164	146	135	126	117	109	102	95	88	80	73	66	57	48	38	24
Ed1, В			-436	-394	-326	-257	-186	-117	-48	21	90	159	228	296	365	436	505
	Группа VSF Инвертор Выпрямитель
2, град	24	38	48	57	66	73	80	88	95	102	109	117	126	135	146	164	––
Ed2, В		-436	-365	-296	-228	-159	-90	-21	48	117	186	257	326	394	463

Фазовые характеристики реверсивного тиристорного преобразователя приведены на рис.10.8.

Рис. 10.8. Фазовые характеристики реверсивного тиристорного преобразователя

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

При синусоидальном опорном напряжении Э.Д.С. тиристорного преобразователя

,

по которому рассчитаны регулировочные характеристики выпрямитель­ных групп VSF и VSB.Данные расчета представлены в таблице 10.3,а на рис. 10.9 – регулировочные характеристики E_d=().

Максимальная ЭДС тиристорного преобразователя с точки зре­ния безопасного инвертирования при _max=156^o составляет

Коэффициент усиления тиристорного преобразователя опреде­лится либо по формуле

либо с использованием регулировочных характеристик E_do=() рис.10.9

Внешняя характеристика тиристорного преобразователя U_d=(I_d) при =const (одной выпрямительной группы) в режиме непрерывного тока в соответствии со схемой замещения реверсивного тиристорного преобразователя (рис.10.10) может быть представлена следующим урав­нением

Рис.10.9. Регулировочные характеристики реверсивного тиристорного преобразователя.

Рис.10.10. Схема замещения реверсивного тиристорного преобразова­теля при работе на якорь двигателя.

а_в=2 - для мостовой схемы выпрямления;

R_т=0.003 Ом – активное сопротивление фазы трансформатора;

X_т=0.0298 Ом – индуктивное сопротивление фазы трансформатора.

При в граничном режиме

В непрерывном режиме напряжение и ток определяются по следующим формулам:

При =0 (I_d=0) 30^о

,

а при 30^о

По приведенным формулам рассчитаны зависимости U_d=(I_d) (см. табл. 10.4) при различных =15^о, 30^о, 60^о, 75^о, 90^о, 120^о, 135^о, 160^о, которые пред­ставлены на рис.10.11.

Рис.10.11. Внешние характеристики тиристорного преобразователя.

Таблица 10.4

Зависимости U_d=() при =var.

=15 град Idгр=16,5
,град		46	52,1	56,3	60
Id,A	0	4	8	12	16,5	100	1200	1250
Ud,B	579,7	558,9	549,7	542,1	534,8	532,0	494,0	492,3
=30 град Idгр=31,8
,град		42,1	50,3	42,1	60
Id,A	0	8	16	24	31,8	100	1200	1250
Ud,B	579,7	529,0	508,3	492,5	479,5	477,2	439,3	437,6
=45 град Idгр=44,9
,град		38,9	47,5	63,4	60
Id,A	0	10	20	30	45,0	100	1200	1250
Ud,B	560,0	468,9	439,3	407,1	397,7	389,4	351,7	350,0
=60 град Idгр=55,1
,град		40,3	49,8	56,4	60
Id,A	0	15	30	45	60,0	100	1200	1250
Ud,B	502,1	364,1	323,2	293,6	277,0	275,5	237,6	235,9
=75 град Idгр=61,4
,град		38,2	47,7	54,3	60
Id,A	0	15	30	45	61,4	100	1200	1250
Ud,B	410	248,9	203,8	171,6	143,6	142,3	104,3	102,6
=90 град Idгр=63,6
,град		37,1	46,6	53,4	60
Id,A	0	15	30	45	63,6	100	1200	1250
Ud,B	290,1	113,5	66,0	32,6	0,4	-0,8	-38,7	-40,4
=120 град Idгр=55,1
,град		37,6	48	55,6	60
Id,A	0	15	30	45	63,6	100	1200	1250
Ud,B	0,5	-183,0	-228,5	-259,4	-276,3	-280,8	-318,7	-320,5
=135 град Idгр=45,0
,град		35	43,8	51	60
Id,A	0	10	20	30	45,0	100	1200	1250
Ud,B	-149,5	-302,2	-339,0	-363,9	-391,0	-392,9	-430,9	-432,6
=160 град Idгр=21,8
,град		28,3	37,1	44,1	60
Id,A	0	4	8	12	21,8	100	1200	1250
Ud,B	-372,1	-464,7	-485,6	-499,2	-520,0	-522,7	-560,6	-562,3