4. Выбор силового преобразовательного устройства для питания двигателя, выбор комплектующего оборудования и разработка принципиальной схемы силовой части электропривода

Для обеспечения необходимого режима работы двигателя постоянного тока независимого возбуждения, рассмотренного выше, используется двухкомплектный тиристорный преобразователь. Каждый комплект ТП собран по трёхфазной мостовой схеме и связь между комплектами осуществлена по встречно – параллельной схеме.

Двухкомплектные преобразователи могут выполняться с совместным и раздельным управлением комплектами. При раздельном управлении работает всегда только один комплект преобразователя, а на тиристоры второго импульсы управления не подаются. Механические характеристики двигателя, питаемого от такого преобразователя, имеют нелинейные участки, что объясняется работой преобразователя в режиме прерывистых токов. Режим прерывистых токов имеет место при относительно малых значениях тока нагрузки, поэтому при работе ЭД с большим диапазоном изменения момента нагрузки и при частых реверсах использовать двухкомплектный преобразователь с раздельным управлением нецелесообразно. Однако, величину зоны прерывистых токов можно значительно уменьшить включением сглаживающего дросселя, но это увеличит инерционность электропривода, и в замкнутой системе ЭП для обеспечения заданного быстродействия необходимо будет выбрать некомпенсированную постоянную времени меньшей, чем в случае отсутствия сглаживающего фильтра. Величинаможет получиться нереализуемой. Кроме этого, при раздельном управлении необходима бестоковая пауза 5 – 10 мс. на переключение комплектов при реверсе тока, поэтому преобразователи с раздельным управлением используются для питания тех механизмов, где по условиям технологического процесса эта пауза допустима. В преобразователях, с совместным управлением комплектами, одновременно работают оба комплекта: один – в выпрямительном, другой – в инверторном режиме, и между комплектами, протекает уравнительный ток. Для уменьшения его величины в состав преобразователя необходимо ввести уравнительные дроссели. Принимаем для ЭП раздельное управление комплектами тиристорного преобразователя.

Главным преимуществом мостовой схемы по отношению к нулевой схеме включения тиристоров в преобразователе является то, что в ней в два раза выше импульсивность схемы (p=6), следовательно, меньше амплитуда переменной составляющей выходного напряжения. Это, в свою очередь, потребует значительно меньшую индуктивность сглаживающего реактора. Кроме того, в нулевой схеме должен быть использован трансформатор, вторичная обмотка которого, соединённая в «звезду», обеспечит «0» схемы.

4.1 Выбор тиристорногопреобразователя

Для обеспечения реверса двигателя и рекуперации энергии в тормозных режимах выбираем двухкомплектный реверсивный преобразователь для питания цепи якоря. Принимаем встречно-параллельную схему соединения комплектов и раздельное управление комплектами. Выбираем трехфазную мостовую схему тиристорного преобразователя, стандартный преобразователь, входящий в состав комплектного тиристорного электропривода КТЭУ.

;

.

Принимаем: КТЭУ – U_dN/I_dN– АБВГД – УХЛ4 [1,C.9].

U_dN= 230 В;

I_dN = 200 А;

А = 2 – количество двигателей;

В = 2 – трансформаторная связь с сетью;

Г = 1 – основной регулируемый параметр: ЭДС или скорость;

Д = 2 – состав коммуникационной аппаратуры: с линейным контактором, динамическим торможением.

КТЭУ – 230/200 – 23212 – УХЛ4.

Выберем способ связи тиристорного преобразователя с сетью. Питание силовых цепей в электроприводах КТЭУ с номинальными токами до 1000 А осуществляется от трехфазной сети переменного тока с линейным напряжением U_c=380 В через понижающий трансформатор или токоограничивающий реактор. Выбор способа связи преобразователя с сетью зависит от номинального напряжения якоря двигателя (или пары двигателей). Если номинальное напряжение якоря равно 440 В, то целесообразно использовать бестрансформаторное питание через токоограничивающий реактор. Если номинальное напряжение якоря равно 220 В, применяется понижающий трансформатор.

Если I_dN200 А, то питание цепи возбуждения в электроприводе КТЭУ выполняется от однофазной сети переменного тока с напряжением 380 В через мостовой выпрямитель. При больших номинальных токах – от трехфазной сети с напряжением 380 В через нереверсивный мостовой тиристорный преобразователь. Если выбран двухдвигательный привод, то обмотки возбуждения двигателей соединяются параллельно.

Выбор силового трансформатора.

При трансформаторном варианте связи с сетью следует выбрать трансформатор типа ТСП – трехфазный двухобмоточный сухой с естественным воздушным охлаждением открытого исполнения (или ТСЗП – защищенного исполнения).

Номинальное линейное напряжение вентильных обмоток трансформатора:

. (60)

Номинальный вторичный ток трансформатора I_2Nдолжен соответствовать номинальному току тиристорного преобразователяI_dN. Эти токи для трехфазной мостовой схемы преобразователя связаны по формуле:

. (61)

Выпишем данные выбранного трансформатора:

- тип трансформатора – ТСП – 25/0,7 – УХАУ [2, c.270];

- схему соединения первичных и вторичных обмоток - ;

- номинальную мощность - S_т = 29,1 кВА;

- номинальное линейное напряжение первичных обмоток U_1N=380 В;

- номинальное линейное напряжение вторичных обмоток U_2N=200 В;

- номинальный линейный ток вторичных обмоток I_2N= 163.2А;

- мощность потерь короткого замыкания P_к= 1100 Вт;

- относительное напряжение короткого замыкания U_к= 5,5 % .

Расчет параметров трансформатора.

Коэффициент трансформации:

. (62)

Номинальный линейный ток первичных обмоток:

. (63)

Активное сопротивление обмоток одной фазы трансформатора:

. (64)

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

. (65)

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

. (66)

Индуктивное сопротивление обмоток фазы трансформатора:

. (67)

Примечание: сопротивлениеR_TиX_Tпредставляют собой сумму сопротивлений (соответственно активного и индуктивного) первичной обмотки, приведённого к вторичной цепи и вторичной обмотки в эквивалентной схеме ().

Индуктивность обмоток одной фазы трансформатора:

L_т=, (68)

где Ω_с– угловая частота сети (при частоте питающей сети 50 Гц ; Ω_с==314 рад/с).