Преобразовательная техника

Содержание

Введение 3

1. Технические условия на разработку 4

2.Технические данные двигателя 4

3. Проектирование тиристорного преобразователя 5

3.1 Выбор   тиристорного преобразователя 5

3.2 Выбор токоограничивающего реактора 7

3.3 Выбор тиристоров. 8

3.4 Расчёт индуктивности и выбор сглаживающего дросселя 10

3.5 Выбор СИФУ 12

3.6 Характеристики тиристорного преобразователя 17

3.7 Расчёт энергетических характеристик 20

4. 3ащита тиристорного преобразователя 27

4.1. Разновидности и причины аварийных режимов 27

4.2 Требования к защите 29

4.3 Выбор защитных аппаратов 30

Заключение 38

  Список использованных источников 39

 

Введение

Выпускаемые отечественной  промышленностью полупроводниковые  неуправляемые и управляемые вентили позволяют создавать компактные, малогабаритные статические преобразователи тока, которые находят широкое применение в промышленности, на железнодорожном и городском транспорте, самолетах и т.п. Различные выпрямители используются для возбуждения электрических машин, для питания якорей двигателей в системах электропривода постоянного тока, электролизных установок в химической промышленности и цветной металлургии и для многих других потребителей народного хозяйства нашей страны.

Автоматизированный электропривод  выполняется в виде комплектного устройства, состоящего из регулируемого источника питания двигателя и системы управления приводом. В качестве регулируемого источника питания в этих устройствах применяются тиристорные агрегаты, которые по сравнению с другими преобразователями обладают существенными технико-экономическими преимуществами: высоким    к. п. д., компактностью, отсутствием подвижных контактов и вращающихся масс, отсутствием таких токсичных материалов, как ртуть, постоянной готовностью к работе, широким температурным диапазоном работы, высокой надежностью и удобством в эксплуатации.

Однако не только рациональная конструкция и высокое качество изготовления определяют надежность работы тиристорных агрегатов на объекте. Решающим условием надежности, в значительной степени зависящим от обслуживающего персонала, является поддержание качественных показателей, достигнутых на заводе, на должном уровне при эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

1. Технические  условия на разработку

В качестве нагрузки тиристорного преобразователя применен двигатель  постоянного тока независимого возбуждения типа 2ПФ315МУХЛ4, сеть трехфазная переменного тока 380 В, режим работы электропривода – реверсивный.

2. Технические данные двигателя

Технические данные двигателя 2ПФ315МУХЛ4 представлены в таблице 2.1

Таблица 2.1.

N п/п	Наименование	Ед. изм.	Величина
1.	Номинальная мощность, Рн	кВт	160
2.	Номинальное напряжение,Uн	В	440
3.	Номинальный ток якоря, Iн	A	404,04
4.	Частота  вращения,     –– номинальная, nн      –– максимальная, nmax	об/мин об/мин	1900 2400
5.	КПД, η	%	90
6.	Сопротивление обмоток  при 15о С   –– якоря, rя   –– добавочных полюсов,  rдп   –– обмотки возбуждения,  rв	Ом Ом Ом	0,012 0,0071 25,6

Номинальный ток якоря, I_н найдем из выражения

 

3. Проектирование тиристорного  преобразователя

3.1. Выбор   тиристорного преобразователя

Для заданной мощности Р_н, напряжения U_н, тока I_н, перегрузочной способности = 2,5 наиболее целесообразной схемой выпрямления является трехфазная мостовая схема с питанием от сети переменного тока 380 В., реакторный вариант; преобразователь реверсивный по встречно-параллельной схеме с раздельным управлением вентильными группами.

При определении номинальных  значений выпрямленного напряжения и тока необходимо обеспечить:

и учесть

Этим условиям отвечает тиристорный  преобразователь со следующими номинальными данными:

где - перегрузочная способность тиристорного преобразователя в течение 10 с.

Этим условиям удовлетворяет тиристорный преобразователь из серии КТЭ

КТЭ-500/440-131-1ВМТД-УХЛ4 на = 500 A., U_dн = 440 В. со следующими данными:

КТЭ – комплектный тиристорный электропривод;

500 – номинальный ток;

440 – номинальное напряжение;

1 – однодвигательный электропривод без линейного контактора;

3 – реверсивный с изменением напряжения на якоре;

1 – исполнение ТП с реактором;

1 – АСР скорости однозонная;

В – наличие  устройства питания обмотки возбуждения;

М, Т, Д – наличие питания тормоза, тахогенератора, динамического торможения;

УХЛ – климатическое исполнение;

4 – категория размещения по ГОСТ15150-69.

 

 

Силовая схема представлена на рисунке 3.1. Схема РТП встречно-параллельная.

Рисунок 3.1. Принципиальная схема реверсивного тиристорного преобразователя, работающего на двигатель постоянного тока.

3.2. Выбор токоограничивающего реактора

Максимально расчетное значение выпрямленной ЭДС в режиме непрерывного тока определяется по формуле:

Uн – номинальное значение напряжения на двигатели;

 I_н – номинальное значение выпрямленного тока преобразователя;

 α_min – минимальный угол регулирования;

 α_min=15÷20º – если особых требований в отношении динамических показателей электропривода не предъявляется;

 ∆U – падение напряжения на тиристоре;

 а_в – коэффициент, учитывающий число коммутаций фазы за период;

 в, с_т, d – расчетные коэффициенты;

 k_сет – коэффициент, учитывающий индуктивность сети переменного тока;

 k_сет=1,0÷1,2 – при проектировании маломощных и средней мощности электроприводов;

е_к% – напряжение короткого замыкания; е_к% =5÷10%;

∆P_м% – потери; ∆P_м% =1÷3%;

∆U_С% – возможные колебания напряжения сети; ∆U_C% =5%.

Таблица 3.1. – Расчетные коэффициенты схемы выпрямления

схема выпрямления	kсх	ав	в	ст	d	kп
трехфазная мостовая	2,34	2	0,0025	0,0052	0,0043	1,045

Силовой реактор выбирается по следующим номинальным данным:

Исходя из тока фазы

и напряжения сети U_с = 380 B.

Выбирается токоограничивающий реактор РТСТ-410-0,101УЗ 
            I_р=410 А.; U_р=410 B.; L_р=0,101 мГн.; R_р=3,8 мОм.

Структура условного обозначения:

Р – реактор;   

Т – трехфазный; 

С – сухой, охлаждение естественное воздушное при открытом исполнении;   

Т – токоограничивающий;  

410 – номинальный ток;

0,101 – индуктивность фазы;

 УЗ – климатическое исполнение.

3.3 Выбор тиристоров.

Расчёт силового модуля

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

Для трехфазной мостовой схемы выпрямления при  I_dн=500 А. и _тп = 2,25 выбираются тиристоры серии Т.

Тиристоры серии  Т допускают эксплуатацию при  температуре окружающей среды от -60° до +55°С с охладителями в соответствии с ТУ-16-729,377-83, с критической скоростью нарастания тока (di/dt) = 320 A/мкc. 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.

На    основании    номинальных   данных   тиристорного    преобразователя выбираем тиристор Т123-500-8-4-УХЛ-2.

 

Структура обозначения тиристора следующая:

Т – тиристор;

1– порядковый номер модификации конструкции;

2 – обозначение диаметра корпуса;

3 – обозначение конструктивного исполнения корпуса

500 – максимально допустимый средний ток в открытом состоянии, при t_кopnyca=90С;

8 – повторяющееся импульсное напряжение

в закрытом состоянии, 800 В. (класс)

4 – критическая скорость нарастания напряжения в открытом состоянии, не менее 200 В/мкс для 4 гр.;

УХЛ – климатическое исполнение;

2 – категория размещения по ГОСТ 15150-69.

Число параллельно включенных тиристоров в плече определяется

где m=3 – число фаз питающей сети;

 I_пр – предельный ток выбранного тиристора;

 k₁ = 0,9 – коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки параллельно включённых тиристоров;

 k₂ = 0,9 – коэффициент, учитывающий неравномерную длительность включения тиристоров;

 k₃ = 1 – для принудительного воздушного охлаждения;

I_пр – предельный ток выбранного тиристора;

По результатам расчётов принимается необходимое (целое) число  параллельно включенных тиристоров в плече (принимается один тиристор в плече).

Число последовательно включенных тиристоров в плече

где - максимальное обратное напряжение на тиристоре

- коэффициент запаса по напряжению;

 В. – номинальное напряжение тиристора (соответствует классу тиристора).

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

Рисунок 3.2. Вентильная часть  реверсивного тиристорного преобразователя, импульсный узел тиристора.

3.4. Расчёт 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.

 где

P₁% = 5% принятая величина действующего значения основной гармоники переменной составляющей выпрямленного тока.

Е_dnm - амплитуда основной гармонической выпрямленной ЭДС n-го порядка

Критическая индуктивность  силовой цепи из условий ликвидации прерывистого режима на холостом ходу двигателя (принять 10% от , _яхх= ∙10% =0,1∙404,04=40,404 А.).

Индуктивное  сопротивление 

Из двух значений критической индуктивности выбирается большее, и по уравнению

определяется  требуемая индуктивность сглаживающего дросселя L_сд

 

 

где

где β – эмпирический коэффициент, для компенсированных машин β=0,1;

р – число пар полюсов;

U_н, I_н, ω_н – соответственно номинальные значения напряжения, тока, частоты вращения двигателя

Выбирается один сглаживающий дроссель типа ФРОС–500/0,5У3 со следующими техническими данными: А., мГн.