Расчет статических механических характеристик в системе тп-д

Расчет характеристик системы ТП-Д без обратных связей выполняется по уравнению механической характеристики

; где

:

При m=6 U_d0=E_d0=2,34U_2ф ;

При m=3 U_d0=E_d0=1,17U_2ф ;

Порядок расчета следующий:

1. Определяется эквивалентное сопротивление якорной цепи

, где

Х_mp, R_mp – индуктивное и активное сопротивления трансформатора приведенные к его вторичной обмотке.

:

Здесь Р_к.з – потери к.з. трансформатора Вт ;

m₁ – число фаз ;

U_к – напряжение к.з. трансформатора ;

-коэффициент трансформации трансформатора.

Сопротивление сглаживающего и уравнительного дросселей

; , где

- падение напряжения на дросселях при номинальном выпрямленном токе I_dн.

2. Определяется угол задержки открывания вентилей _i , необходимый для обеспечения работы двигателя с установившейся скоростью _с.i

Здесь -ток статической нагрузки, которому соответствует приведенный момент , определяемый по характеристике_с=f(M_c) при данной _ci

3. По уравнению рассчитываются статические механические характеристики

Для уменьшения зоны прерывистых токов, которые возникают в схемах с нереверсивными ТП и реверсивными с раздельным управлением комплектами вентилей, сглаживания пульсаций выпрямленного тока, ограничения тока через тиристоры в первый полупериод питающего напряжения при к.з. на стороне выпрямленного тока, в системе ТП-Д применяются дроссели, включаемые в якорную цепь. Методика расчета этих дросселей приведена в методических указаниях по выполнению курсового проекта и здесь не дается.

Коэффициент мощности и основные технико-экономические показатели вентильного электропривода

Вследствие специфики режима работы вентилей происходит искажение формы кривой тока, потребляемого ТП из сети, а при регулировании выходного напряжения преобразователя возникает дополнительное искажение формы кривой тока и сдвиг по фазе между напряжением и током, т.к. ток через вентили начинает проходить позднее, чем при отсутствии регулирования. Отключение вентилей, т.е. прекращение тока, также происходит соответственно позднее. При достаточной индуктивности якорной цепи ток через вентили продолжает протекать в том же направлении даже при изменении знака напряжения.

Важнейшим энергетическим показателем вентильного преобразователя и вентильного электропривода, является коэффициент мощности, который характеризует использование питающей системы. При синусоидальном U и I он равен косинусу угла сдвига по фазе между током и напряжением. В вентильных установках напряжение по форме кривой близко к синусоиде (в действительности кривая первичного напряжения несинусоидальна, что является следствием несинусоидальности потребляемого из сети тока). Кривая же тока резко искажена в/r. Поскольку в/r напряжения , созданные вентильным преобразователем в питающей системе, опережают по фазе на 90 создавшие их в/r тока, активная мощность этих гармоник равна 0. Активная мощность передается основной гармоникой напряжения, основной гармоникой тока, а также высшими гармониками активного тока вентильного преобразователя и в/r напряжения питающей системы, которые созданы другими источниками (другими ТП, дуговыми печами и т.п. ).

Активная мощность в/r не совершает полезной работы в вентильном электроприводе, а рассеивается в виде потерь, ухудшая КПД электропривода. Полезную работу совершает часть активной энергии основной гармоники , другая часть этой энергии также рассеивается в преобразователе и двигателе. Вследствие относительной малости активной мощности в/r токов и напряжений принято определять активную мощность (и энергию) по основным гармоникам токов и напряжений. Полная мощность определяется с учетом всех гармоник.

Отношение активной мощности к полной характеризует использование питающей энергосистемы и называется коэффициентом мощности вентильного электропривода.

Полная мощность, потребляемая преобразователем из сети первичного тока.

, где N –мощность искажения.

Т.к. ; , то

, где

_u , _I – коэффициенты искажения напряжения и тока, а  - коэффициент искажения мощности или просто коэффициент искажения.

В бестрансформаторных схемах при достаточной индуктивности в цепи выпрямленного тока

=₁ и cos₁=cos

В трансформаторных схемах

С достаточным приближением можно считать, что

т.к напряжению U_d соответствует скорость  при данном угле регулирования, а напряжению U_do – скорость идеального холостого хода при этом угле.

Отсюда следует, что коэффициент мощности вентильного электропривода зависит от скорости при регулировании и нагрузки на валу, т.е. он пропорционален степени снижения скорости. Снижение  и соответственно увеличение угла , а также увеличение тока нагрузки приводит к уменьшению . На графике приведена зависимость  от  при номинальной нагрузке на валу. Пунктиром показана зависимость коэффициента мощности системы ГД (cos АД от ). Видно, что коэффициент мощности системы ТП-Д уступает системе ГД. С целью повышения значения  применяются методы искусственной коммутации вентилей и специальные резонансные фильтры, обеспечивающие резонанс напряжений на соответствующей гармонике и малое сопротивление для этой гармоники на входе преобразователя.

КПД системы ТП – Д

Для режима непрерывного тока

т.о.

Учитывая, что числитель этого выражения , можно написать

Анализ этого выражения и значения  показывает, что КПД системы ТП-Дзависит как от нагрузки двигателя на валу, так и от скорости при регулировании. В случае M_c=const со снижением  КПД уменьшается. Сравнение приведенных на графике зависимостей  от  при номинальной нагрузке на валу двигателя показывает, что он выше, чем в системе ГД.

Основные достоинства системы ТП-Д:

1. Высокое быстродействие преобразователя, т.к. T_П=0,01 с

2. Более высокий КПД по сравнению с системой ГД

3. Незначительная мощность управления

4. Большой срок службы

5. Малые габариты и вес преобразователя

6. Простота осуществления резервирования и взаимозаменяемости блоков и узлов ТП

7. При использовании нереверсивного преобразователя установленная мощность системы составляет ~ 2 P_двиг, т.е. меньше, чем в системе ГД. При использовании реверсивного ТП она ~ равна мощности в системе ГД

Недостатки сиcтемы:

1. Уменьшение коэффициента мощности преобразователя при уменьшении скорости

2. Значительное искажение кривой тока, потребляемого преобразователем из сети

3. Неминуемые при регулировании угла  колебания реактивной мощности, особенно при большой мощности электропривода, приводящие к колебаниям напряжения в питающей сети