ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОЙ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И НАБОРОВ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Для определения вида силовой схемы преобразователя проанализируем данные к курсовой работе. Привод осуществляется двигателем постоянного тока с номинальным напряжением 220 В. Мощность двигателя 1,7 кВт и поэтому оправдано применение трёхфазной мостовой схемы выпрямления (рисунок 1). Найдем номинальный ток двигателя, зная его основные параметры (таблица 2).

Таблица 2 - Tехнические данные двигателя 2ПН100LУХЛ4

Рн, кВт	Iн, А	Uн, В	nн, Об/мин	nmax, Об/мин	ηн, %	Сопротивления обмоток, Ом	Lя, мГн	Jд, кг·м2
Rя	Rдп	Rов
1,7	42,04				86,5	0,145	0,101	148/40,7	4,6	0,83

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 2-530105.31.19.02.11 ПЗ

2.1. Выбор силового трансформатора

Силовой трансформатор применяется для согласования номинального напряжения двигателя с выпрямленным напряжением.

Выбор трансформатора осуществляется в следующей последовательности: Находим требуемое значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора по формуле:

U_2ф = E₂×K_c×K_a×K_R(1)

где: E2 - ЭДС вторичной обмотки трансформатора

где: Uн – номинальное напряжение двигателя;

Ксх=2,34;

Е₂ =220/2,34=94(В);

 

Кс - коэффициент учитывающий возможность снижения напряжения сети;

К_R - коэффициент учитывающий напряжение на активном сопротивлении трансформатора, падение напряжения на вентилях и падение напряжения из-за коммутации вентилей;

K_R= 1.05;

Кa - коэффициент учитывающий неполное открывание вентилей. Для реверсивных преобразователей;

Кa=1,2;

Подставим данные значения в формулу 1:

U_2ф =94×1,1×1,2×1,05=130,3(В);

Рассчитываем типовую мощность трансформатора:

(2)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 2-530105.31.19.02.11 ПЗ

где: P – мощность постоянных составляющих напряжения и тока выпрямителя;

Р= Р_н/η_н= 9249(Вт);

Кр – коэффициент учитывающий превышение типовой мощности над мощностью постоянных составляющих.

Для трёхфазной мостовой схемы Кр=1,045.

Найдём типовую мощность по формуле:

S_т =1,045×9249=9665(Вт);

Найдём расчетную (полную) мощность трансформатора:

 

где: Кj – коэффициент непрямоугольности тока, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной;

 

Выбираем Кj=1,07.

Тогда:

S=1,1²×1,05×1,1×9665=13,500(Вт);

 

Из каталога выбираем трансформатор по соотношениям:

Таким образом, из каталога выбираем трансформатор ТС-16/05 со следующими данными:

Sн, кВт	U2ф, В	∆Рхх, Вт	∆Ркз, Вт	Ек, %
				4,6

 

 

Находим активное и индуктивное сопротивление фазы трансформатора:

 

где: - нагрузочные потери трансформатора (могут быть потери КЗ);

m – пульсность схемы (для трёхфазной мостовой схемы m=6).

I₂н – номинальный ток фазы вторичной обмотки трансформатора;

I _2н= S_н /U_2ф = 16000/133 = 120 (А);

Подставим данные в формулу 4:

R_тр=200/(6×120²)=0,002 (Ом);

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 2-530105.31.19.02.11 ПЗ

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора:

(5)

где: Zк – полное сопротивление КЗ трансформатора;

 

где: Ек – напряжение КЗ трансформатора;

Z_к=(4,6×120×100)=0,6 (Ом);

Отсюда, подставим получившие данные в формулу 5:

X_тр=0,05-0,002=0,59;

 

 

2.2. Выбор тиристоров

Выбор тиристоров производится по предельному значению тока протекающего через вентиль и максимальному значению обратного напряжения с учётом условий охлаждения вентиля и отличия формы тока от синусоидальной.

Выбор тиристоров осуществляется в следующей последовательности:

Определяем класс вентиля по напряжению:

(7)

где: Кзu – коэффициент запаса по рабочему напряжению (Кзu= .

Выбираем Кзu=1,8;

Uм – максимальное значение рабочего напряжения прикладываемого к вентилю;

U_DRM – напряжение соответствующее определённому классу вентиля;

Uм=Kc×Uм1

где: Uмн – номинальное значение рабочего напряжения прикладываемого к вентилю;

Кс – коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения в сети;

(В),

 

_DRM³1,8×392,7 = 1184 (В)(8 класс)

Выбираем тиристор 11 класса.

Определение среднего расчётного тока вентиля.

Для трёхфазной мостовой схемы средний расчётный ток вентиля вычисляется по формуле:

Iн/3, (9)

где: Iн – номинальный ток якоря двигателя;

I_B.CP = 42,04/3 = 14(A);

Найдём действующее значение тока для трёхфазной нулевой схемы:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 2-530105.31.19.02.11 ПЗ

Рисунок 1 - Силовая схема

Коэффициент формы тока:

Выбираем тиристор по условию:

где: Кзо – коэффициент запаса по охлаждению ();

Кзрi – коэффициент запаса по рабочему току ;

I_TAVm³ 1 × 1,55×14 =21(А)– предельно допустимый ток.

Данному условию,по каталогу, удовлетворяет тиристор марки Т152-63 с охладителем О151-80. Параметры тиристора приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2- Параметры тиристора Т112-16 с охладителем О111-60:

Uт(то),В	rt,мОм	Rthja, ˚С/Вт	Rthjc, ˚С/Вт	Rthha,˚С/Вт	Tja,˚С	Tjm,˚С	ITAV, А
1,15		0,5	0,32	0,1

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 2-530105.31.19.02.11 ПЗ

Выбранный тиристор необходимо проверить на нагрев. Для этого необходимо провести расчёт по формуле:

 

 

где: rt - пороговое сопротивление прямой ветви прибора;

Uт(то) - пороговое напряжение прямой ветви прибора;

Tjm - предельно допустимая температура структуры;

Tja - температура окружающей среды.

Rthja -тепловое сопротивление “переход - среда”;

 

(11)

где: Rthjc - тепловое сопротивление “переход-корпус”;

Rthch - тепловое сопротивление “корпус - контактная поверхность охладителя”;

Rthha – тепловое сопротивление “тепловой охладитель - окружающая среда”;

R_thja =0,32+ 0,08 +0,1 = 0,5(°С/Вт)

Т.к. выполняется неравенство: I*таv>Iтav, (7,9>5,12),то данный тиристор подходит для использования в рассчитываемом преобразователе.

2.3. Выбор сглаживающего дросселя

Выбор сглаживающего дросселя, включённого последовательно с якорем двигателя, производится для обеспечения непрерывности тока двигателя на всём диапазоне изменения ЭДС преобразователя, а также для ограничения пульсации тока, который ухудшает коммутацию двигателя и увеличивает его нагрев.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 2-530105.31.19.02.11 ПЗ

Сначала определим требуемую постоянную времени электрической цепи исходя из условий ограничения зоны прерывистого тока

где: Кгр – постоянный коэффициент схемы выпрямления.

 

Для трёхфазной мостовой схемы Кгр=2,9× 10^-4;

iгрmax – максимальное значение относительного граничного тока зоны прерывистого тока:

где: Iгрmax – абсолютное наибольшее значение граничного тока, которое должно быть меньше тока холостого хода. Его значение должно находиться в пределах(0,05…0,15) Iн (для трёхфазных схем);

I_гр.мах=0,1×I_н= 0,1×42,04=4,2(А);

Iб – базовое значение тока.

Iб= Uм/Rn;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 2-530105.31.19.02.11 ПЗ

где: Uм – максимальное значение анодного напряжения;

Rn – активное сопротивление якорной цепи в граничном режиме (в режиме прерывистого тока):

где: Rя – сопротивление якоря двигателя;

Rсп – активное сопротивление силового преобразователя, учитывающее падение напряжения на вентилях и проводах:

где: - падение напряжения на вентиле в прямом состоянии (;

n – число последовательно включённых вентилей проводящих ток в один и тот же момент времени (n=2).

R_сп=(2×2)/14 =0,285(Ом);

R_n=0,145+0,285+0,002×2 =6,343(Ом);

I_Б=593/0,43=1380(А);

i_гр.мах =593 /163,6=0,003 (А);

Теперь можем определить Ттреб:

Т_треб =2,9×10^-4 /0,003=0,09;

Далее определяем требуемую индуктивность якорной цепи и требуемую индуктивность сглаживающего дросселя:

 

 

где: Lя – индуктивность якоря двигателя.

Lя=0,042мГн.

Lтр=

ω=314.

Lтр=(0,134 2)/314=0,00085(Гн).

Lдр=0,1152-0,042-2 0,00085=0,0715 (Гн).

По L_др выбираем дроссель марки ДФ–7 с данными представленными в таблице 2.3.

Таблица 2.3 – Технические данные дросселя

		ΔР, Вт

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 2-530105.31.19.02.11 ПЗ