КР УСП_2014

	I2фн =			Sн	.
			3 ×U2фн

Технические характеристики трансформаторов приведены в

[4, 10].

4.3 Расчет и выбор вентилей [1, 21]

Выбор вентилей производится по среднему значению тока через вентиль и по максимальному значению обратного напряжения.

Требуемое среднее значение тока тиристора с воздушным охлаждением, с учетом пусковых токов, А, определяется по формуле

IV.ср = kз.i ×kохл ×Id ,

m2

где kз.i – коэффициент запаса, учитывающий пусковые токи, kз.i = 2÷2.5; kохл – коэффициент, учитывающий условия охлаждения,

при	скорости		охлаждающего		воздуха = υ12 м/с		kохл = 1, при
υ = 6 м/с kохл = 1.4, при υ = 0 kохл = 2.5; m2						– число	фаз	вторичной
обмотки трансформатора (см. табл. П2).
	Максимальная величина обратного напряжения, В,
		UV.обр.m		= kз.u ×ku.обр.m ×kc ×ka ×kR × Ud ,
где ku.обр.m		– коэффициент, обусловленный схемой выпрямления
(см.	табл.	П2);	kз.u	– коэффициент		запаса	по	напряжению,
kз.u = 1.5÷1.8.
	Выбор тиристора осуществляют исходя из условий
		Iос.ср.m (ITAVm ) ³ IV.ср ;			Uобр.п (URRM ) ³ UV.обр.m ,
где Iос.ср.m		(ITAVm ) – максимальный средний ток тиристора в откры-
том	состоянии, А (в скобках дано международное обозначение);
Uобр.п	(URRM ) – допустимое повторяющееся импульсное обратное
напряжение тиристора, В.
	Класс тиристора, характеризующий собой величину рабо-
чего обратного напряжения, определяют делением Uобр.п								(URRM ) на

100 и выбирают с запасом.

Выбранный тиристор проверяют на устойчивость при - ко ротком замыкании на стороне постоянного тока по условию

11

Iос.удр (ITSM ) ³ Iк или (15...30) ×Iос.ср.m (ITAVm ) ³ Iк ,

где Iос.удр (ITSM ) – допустимый ударный повторяющийся ток в открытом состоянии; Iк – ток короткого замыкания, А,

Iк = 100% ×I2фн ,

Uк %

Uк% – напряжение короткого замыкания согласующего трансформатора, %, для большинства стандартных трансформаторов равное 5÷7 %; 15…30 – кратность допустимого кратковременного тока через тиристор.

Если значение тока в открытом состоянии или напряжения в закрытом состоянии превышает предельно допустимое для данного прибора, рекомендуется применение более мощного иливы соковольтного прибора, их параллельное или последовательное соединение (более подробно этот вопрос рассмотрен в [21]).

Выбор вентилей осуществляется по справочникам [4, 11, 12,

21].

4.4 Выбор сглаживающего фильтра [1, 3, 18]

Пульсации выпрямленного напряжения на выходе преобразователя вызывают пульсации тока в силовой цепи, что ухудшает условия коммутации двигателей постоянного тока и приводит к дополнительному нагреву всех элементов силовой цепи. Величина пульсаций тока зависит от схемы выпрямления, угла управления и индуктивности цепи нагрузки. С целью уменьшения пульсаций тока до необходимого уровня в цепь нагрузки включают сглаживающие дроссели (реакторы).

Требуемая индуктивность цепи выпрямленного тока, Гн,

	U	d0	×sin a	æ		p		p ö
Ld =				×ç1	-		×ctg		÷	,
		Iгр ×wc				m
				è				m ø

где Ud0 – среднее значение выпрямленного напряжения при угле открытия тиристора α = 0, В,

Ud0 = U2ф ; ke

12

Iгр – среднее значение тока граничного режима, соответствующий переходу от режима непрерывного тока к режиму прерывистого тока, А,

			Iгр	= dI ×Iян ;
m	– число пульсаций выпрямленного напряжения(пульсность
схемы) (см. табл. П2); ωс – угловая частота питающей сети, рад/с,
wс	= 2 ×p×fс , fс – частота питающей сети, Гц.
	Расчет ведется при угле управления α= 90°, так как в этом
случае пульсации тока максимальны.
	Индуктивность сглаживающего дросселя, обеспечивающая
непрерывный ток якоря двигателя, Гн,
			Lдр ³ Ld - Lя - Lтр ,
где Lя – индуктивность якоря					двигателя, Гн; Lтр – индуктивность
трансформатора, Гн.
	Индуктивность якоря двигателя, Гн,
			Lя =		b× Uян			,
					p ×Iян ×wн
где	р – число	пар	полюсов;	β –		конструктивный коэффициент,
β = 0.5÷0.6; ωн		–	номинальная			угловая			скорость	двигателя,
wн	= p×nн 30 , рад/с.
	Индуктивность трансформатора, Гн
			Lтр	= а ×Lф.тр ,

где а – число обмоток трансформатора, обтекаемых током; Lф.тр – индуктивность фазы вторичной обмотки, Гн,

Lф.тр = Хф.тр ;

wc

Хф.тр – индуктивное сопротивление фазы, Ом,

Хф.тр = Zф2 .тр - Rф2 .тр ;

Rф.тр – активное сопротивление фазы вторичной обмотки трансформатора, Ом, для однофазного трансформатора

Rф.тр = D2Pкз , I2фн

13

где DPкз – потери коротко замыкания трансформатора, Вт, при от-
сутствии	соответствующих				справочных			данных	п
DPкз = 0.019 ×Sн ;
для трехфазного трансформатора				DPкз
	R	ф.тр	=			.
				3×I22	фн
Zф.тр – полное сопротивление фазы трансформатора, Ом,
	Zф.тр	=	U2фн ×Uк %				.
			I2фн ×100

Технические характеристики дросселей приведены в [4, 10].

4.5 Расчёт и построение статических характеристик преобразователя [1, 3, 20]

Необходимо построить совмещенные регулировочную и семейство внешних характеристик для углов управления α = 0°, 20°, 40°, 60°, 80°.

Регулировочная характеристика представляет собой зави-

симость среднего значения выпрямленного напряженияUd		от угла
открытия тиристора α.
Внешняя характеристика преобразователя – это		зависи-
мость среднего значения выпрямленного напряженияUd		от вы-
прямленного тока Id при неизменном угле открытия тиристора α.
Построение регулировочной характеристикиUd	= f (a) и
приближенный расчет внешней характеристики Ud = f (Id )	преобра-

зователя для заданного угла управления i αведется в следующем порядке (рис. 3):

1. Так как управляемый выпрямитель работает на электропривод постоянного тока (т.е. L→∞), то для построения регулировочной характеристики воспользуемся следующей зависимостью

	Ud (a) = Ud0 ×cos a - n ×DUт ,
где	DUт – среднее значение	падения напряжения на тиристоре,
DUт	= 0.5 ¸1 В; n – количество	тиристоров, работающих одновре-

менно.

14

2. Из точки αi, находящейся на оси α, провести перпендику-

ляр до пересечения с характеристикой Ud = f (a)	(точка e) и опреде-
лить точку а на оси Ud, соответствующую	данной точке -пе
ресечения e.

3. Из точки а провести линию с отрицательным угловым коэффициентом, численно равным эквивалентному сопротивлению преобразователя Rэ (линия ab). Для этого необходимо задаться некоторым значением тока Id = Id.b и найти точку b с координатами

[Id = Id.b ; Ud = Ud (an ) - R э × Id.b ] , соединить точки a и b. Эквивалентное сопротивление преобразователя, Ом,

Rэ = R тр + R X + R др + R я + R д.п. ,

где Rтр – сопротивление трансформатора, приведенное к цепи постоянного тока, Ом,

R тр = a ×Rф.тр ;

RХ – эквивалентное сопротивление, характеризующее коммутационное падение напряжения, Ом,

R X = m ×fc ×Lтр ;

Rдр – активное сопротивление дросселей (при наличии их в схеме), Ом,

Rдр » DUдр ,

Iдр.н

где Uдр – падение напряжения на дросселе, В, можно принять Uдр = 1÷2.5 В; Iдр.н – номинальный ток дросселя, А.

4. Найти точку d при заданном угле управления αi, учитывая, что в диапазоне углов 0 £ ai £ pm эта точка определяется только амплитудой напряжения питающего преобразователь

Em = Ud0 - n ×DUт ,

то есть внешние характеристики тиристорного преобразователя

выходят из одной точки на оси ординат,				при углах управления
ai > p m начальные ординаты	внешних			характеристик уменьша-
ются при Id = 0 и определяются выражением
æ		p ö
Em (ai ) = Um ×cos çai -			÷ - n ×DUт ,
è		m ø

15

3Рисунок

16

где Um – амплитудное значение напряжения, подводимого к преобразователю, Um = 2 × U2ф , для трехфазной мостовой схемы –

Um = 2 × U2л = 2 × 3 ×U2ф .

5. Определить среднее значение граничного токаIгр.i для заданного угла αi

		Ud 0 ×sin ai	æ		p		p ö
Iгр.i	=		×ç1	-		×ctg		÷ .
					m
		(Lдр + Lя + Lтр )×wc è					m ø

6. Отметить точку Iгр.i на линии ab (точка с) и соединить ее с ординатой Em (ai ) – точка d, при построении приближенной внеш-

ней характеристики это соединение допустимо выполнить прямой линией, как показано на рисунке 3. В результате для заданного угла управления αi получаем внешнюю характеристику преобразователя в виде ломаной линии dcb, при этом участок dc (участок внешней характеристики при ( Id < Iгр ) соответствует прерывистому току

якорной цепи, а участок cb (при Id > Iгр ) – непрерывному.

4.6 Расчет и выбор элементов защиты тиристоров от перенапряжений [3, 19]

Принципиальная схема вентильного блока должна содержать элементы защиты тиристоров от перенапряжений, причинами которых являются включения и отключения силового трансформатора, процессы коммутации тиристоров, отключения цепи нагрузки с индуктивным характером и т.п.

Указанные защиты могут обеспечивать фильтры, устанавливаемые на выходе силового трансформатора. Один из вариантов схемы подобного фильтра показан на рисунке 4, а, где точки a, b и с подключаются к выводам вторичных обмоток трансформатора.

Значение емкости С1 = С2 = С3 , мкФ, и сопротивление рези-

сторов R1 = R 2 = R3 , Ом, можно найти по формулам

C = (250 ¸ 400) ×	Im		,
1	U2
		ф

где Iμ – намагничивающий ток трансформатора, А, можно принять Im = 0.05 ×I2фн ; U2ф – фазное вторичное напряжение трансформатора, Ом;

17

R1 = 300 . C1

Защита преобразователей от перенапряжений, вызванных коммутациями самих тиристоров (эффект накопления неосновных носителей), осуществляется при помощи RC-цепочек, включаемых параллельно тиристорам (рис. 4, б).

Значение емкости С, мкФ, определяется по выражению

С =	10 ×IV.ср	.

ku.обр.m × Ud

Значение сопротивления резистора R обычно принимают в пределах 5…50 Ом, 10 Вт.

Резисторы и конденсаторы выбираются по справочнику [4].

a	b	c	С
	С1	R
		С2
	R1	R2

R3	С3
	VS

а		б

Рисунок 4

4.7 Описание работы системы импульсно-фазового управления (СИФУ)

В данном разделе необходимо произвести выбор и обоснование системы управления выпрямителем, привести функциональную схему СИФУ, а также принципиальные схемы входящих в нее элементов, рассмотреть требования, предъявляемые к СИФУ.

Описание принципа работы СИФУ должно сопровождаться осциллограммами, поясняющими принцип работы отдельных ее функциональных узлов и раскрывать их назначение.

Схемное решение элементов СИФУ приведено в [4 – 9].

18

4.8 Моделирование работы управляемого выпрямителя в пакете прикладных программ Matlab Simulink

На основании разработанной принципиальной схе управляемого выпрямителя следует создать в пакете прикладных программ Matlab Simulink вычислительную модель данного преобразователя и провести серию вычислительных экспериментов, включающих в себя: 1) получение временных диаграмм токов и напряжений на тиристорах и на нагрузке при углах управления α= 0°, 20°, 40°, 60°, 80°; 2) выполнение оценки влияния сглаживающего фильтра на осциллограммы токов и напряжений на нагрузке.

Вопросы моделирования силовых полупроводниковых преобразователей и проведения вычислительных экспериментов в пакете прикладных программMatlab Simulink рассматриваются в

[13 – 17].

19

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Преобразовательная техника. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. / Сост.: А.А. Лопатин, А.В. Казанцев. Красноярск: ИПЦ ПИ СФУ, 2007. – 79 с.

2.Найдис В.А. и др. Электроприводы с полупроводниковым управлением. Системы постоянного тока на тиристорах. Под редакцией М.Г. Чиликина. М.-Л., изд.-во «Энергия», 1966. – 104 с. с черт.

3.Расчет силового управляемого выпрямителя: метод. указания / сост. В.А. Герасимов. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2009.

–32 с.

4.Справочник по преобразовательной технике. Под. ред. И.М. Чиженко. К., «Технiка», 1978. – 477 с., ил.

5.Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок. Под. ред. Я.М. Большмана, В.И. Круповича, М.Л. Самовера. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1975. – 728 с., ил.

6.Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. – М.: Издательский дом

«Додэка-XXI», 2001. – 384 с.

7.Шипилло В.П. Автоматизированный вентильный электропривод. М., «Энергия», 1969. – 400 с., ил.

8.Писарев А.Л., Деткин Л.П. Управление тиристорными преобразователями (системы импульсно-фазового управления). М.,

«Энергия», 1975. – 264 с., ил.

9.Чернов Е.А., Кузьмин В.П. Комплектные электроприводы станков с ЧПУ: Справочное пособие. – Горький: Волго-Вятское кн.

изд-во, 1989. – 320 с., ил.

10.Сидоров И.Н. и др. Малогабаритные трансформаторы и дроссели: Справочник / И.Н. Сидоров, В.В. Мукосеев, А.А. Христинин. – М.: Радио и связь, 1985. – 416 с., ил.

11.Тиристоры: Справочник. / О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев. – М.: Радио и связь, 1990. – 272 с., ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1155).

12.Гуревич Б.М., Иваненко Н.С. Справочник по электротехника для молодого рабочего: 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высш.

шк., 1987. – 272 с., ил.

20