2011-02-01 Государственный экзамен по специальности «электроснабжение» Билет №25

Задача:

Рассчитать активную и полную мощность, тепловые и электрические потери, мощность компенсирующих устройств индукционной печи для плавки металла при следующих исходных данных:

вариант	Металл	GM, T	CM, Дж/(кг^.с^0)	λ, кДж/(кг^.)	tMK, ^0c	ηm	ηэ	cosφ	сosφэ	τпл ,ч	U1,B
1	Сталь	1.0	590	282	1620	0.85	0.65	0.2	1.0	2.0	500
2	Чугун	50	575	280	1450	0.8	0.7	0.16	0,95	3,5	2300

Вопросы:

1. Принцип работы и внешняя характеристика управляемого тиристорного преобразователя. Выпрямительный и инверторный режимы работы.

2. Составить схему замещения воздушной линии электропередачи. Как определяются параметры схемы замещения.

3. Дифференциальные защиты силового трансформатора. Ток небаланса. Принцип действия насыщающегося трансформатора тока.

Билет №25

1.Принцип работы и внешняя характеристика управляемого тиристорного преобразо­вателя.

Для отпирания тиристоров в управляемом преобразователе не­обходимо подавать на их управляющие электроды отпирающий сигнал, до точки естественной коммутации - не имеет смысла, так как к переходу анод-катод тиристора до точки к при­ложено отрицательное запирающее напряжение. Следовательно, отпи­рание тиристоров возможно лишь с некоторым запаздыванием относи­тельно точки естественной коммутации. Это запаздывание измеряет­ся углом на рис. За. Для обозначения угла используются синонимы: угол управления, угол отпирания, угол запаздывания. При доста­точно большой индуктивности нагрузки до момента отпирания следу­ющего тиристора будет открыт предыдущий независимо от полярности напряжения в его цепи. Поэтому напряжение управляемого преобра­зователя также образуется из кусочков синусоид продолжитель­ностью 2/m.

Величина выпрямленного напряжения находится из уравнения:

U_d = m/2∫^{m + }_{m + }^U₂m cost d(t) = U_d0 cos,

Из полученного выражения вытекает, что величину выпрямлен­ного напряжения можно регулировать, изменяя величину угла .

Из рис.3б следует, что при достаточно больших углах  мгно­венное напряжение на нагрузке на некоторых значениях может стать отрицательным. Рассмотрим энергетические соотношения в этих слу­чаях. Ток на выходе преобразователя не может изменять направле­ние в силу односторонней проводимости вентилей. Направление, в котором течет ток, мы приняли за положительное. За положительное направление напряжения обмоток трансформатора принято направле­ние, совпадающие с током. Когда мгновенные значения тока и нап­ряжения совпадают по направлению, электрическая мощность из об­моток трансформатора передается в цепь выпрямленного тока. Когда напряжение в обмотке трансформатора становится отрицательным

(интервал в-с на рис.36), поток электрической энергии обратный. Таким образом, в рассматриваемом случае существует двусторонний обмен между цепью переменного и постоянного тока. Если площадь под положительной частью синусоиды больше, чем под отрицатель­ной, то среднее значение мощности положительно, а это значит, что энергия ив переменного тока поступает в цепь постоянного. Такой режим называется выпрямительным. В выпрямительном режиме напряжение на нагрузке положительно, и из уравнения (2.1) следу­ет, что такой режим существует при условии: 0 <  < 90°.

При  > 90° площадь под положительной частью синусоиды (рис.3б) становится меньше, чем под отрицательной, напряжение на нагрузке меняет полярность, и меняет направление поток энергии. Энергия в этом случае направлена из цепи постоянного тока в цепь тока переменного. Естественно, такой режим возможен лишь тогда, когда в цепи постоянного тока имеется источник эдс. Такой режим называется инвертированием.

Рассмотренные выше диаграммы рис.За и б и уравнение относятся к идеальному управляемому преобразователю. В реальном преобразователе индуктивность трансформатора вызывает появление перекрытия вентилей и соответствующее изменение диаграммы напря­жений. Эти диаграммы для выпрямительного и инверторного режимов приведены на рис.3 в,г.

С учетом сопротивлений трансформатора напряжение реального управляемого преобразователя определяется уравнением:

U_d0 cos- I_m(m/2x_TР+r_TP). Максимальное значение угла  режиме инвертирования опре­деляется необходимостью обеспечить надежное запирание тиристо­ров. Для этого после прекращения протекания тока через тиристор требуется приложить к переходу анод-катод запирающее напряжение в течение небольшого интервала t_ВОСТ рис.Зг после прекраще­ния тока через тиристор фазы А к нему прикладывается запирающее напряжение величиной ав, постепенно уменьшающееся до нуля в те­чение интервала .Поэтому

_MAX = 180⁰ - - _MIN,

_MIN = t_ВОСТ

При углах управления больших _MAX восстановления запирающих: свойств тиристора не происходит и возникает аварийный режим опрокидывание инвертора.

Так как угол перекрытия т увеличивается при возрастании то­ка, то угол _MAX будет уменьшаться, и отсюда с ростом тока должно уменьшаться максимальное напряжение на входе инвертора. Зависимость U_dmax = f(I_m) носит название ограничительной характеристики инвертора.