МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ 

УЧРЕЖДЕНИЕ  ОБРАЗОВАНИЯ

ГОМЕЛЬСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.О.СУХОГО 

Факультет автоматизированных и информационных систем 

Кафедра «Автоматизированный электропривод» 
 
 

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине «Силовая преобразовательная техника» 

на тему: «РЕВЕРСИВНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА»   
 
 
 
 

                                                               Исполнитель:   студент гр. ЭП-31

                                                                                Ильющиц С.В.

                                                      Руководитель:  доцент к.т.н.

                                                                                 Погуляев М.Н.                                                                                                            

                                     Дата проверки:                ___________________

                                        Дата допуска к защите:   ___________________

                                        Дата защиты:                    ___________________ 

                                        Оценка работы:                ___________________ 

 Подписи членов комиссии

 по защите курсовой работы: __________________________________ 

Гомель, 2010

      Оглавление            стр.

Введение

1. Выбор силовой схемы преобразователя………………………………….
2. Расчет и выбор элементов силовой схемы……………………………….
1. Трансформатора (токоограничивающих реакторов)…………………
2. Тиристоров………………………………………………………………
3. Уравнительных реакторов……………………………………………...
4. Сглаживающих дросселей……………………………………………...
5. Силовой коммутационно-защитной аппаратуры……………………..

3. Выбор  структуры и основных узлов  системы управления

 тиристорным   преобразователем…………………………………………..

4. Расчет  и выбор основных элементов  системы

 импульсно-фазового  управления  (СИФУ) преобразователя…………….

1. Генератора опорного напряжения…………………………………….
2. Нуль-органа…………………………………………………………….
3. Генератора и усилителя импульсов и др……………………………...
5. Расчет и выбор элементов задатчика интенсивности…………………....
6. Разработка схемы электронной защиты ТП. Расчет и

    выбор элементов схемы…………………………………………………...

7. Расчет и построение регулировочной характеристики

   внешних характеристик ТП……………………………………………….

8. Расчет энергетических показателей………………………………………
1. Полной, активной и реактивной мощностей…………………………
2. Мощности искажений………………………………………………….
3. КПД и коэффициента мощности………………………………………
9. Построение графиков выходного напряжения при

   указанном напряжении задания…………………………………………..       10.Спецификация……………………………………………………………..

       Литература……………………………………………………………….

       Оглавление………………………………………………………………. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Исходные данные к курсовому проекту

1.Тип и параметры двигателя постоянного тока (таблица 1).

                                                                  Таблица 1 

1. Тип и параметры  двигателя постоянного тока (таблица 1). Недостающие параметры берутся из [15].
2. Ширина зоны прерывистого тока  I_гр/I_dн.
3. Вид управления группами тиристоров: совместное, согласованное.
4. Вид опорного напряжения: косинусоидальное.
5. Напряжение задания от -10В до +10В.
6. Время запуска t_n.
7. Максимально-допустимый ток в нагрузке Imax =1,4 Iном.
8. Вид разрабатываемой электронной защиты: пропадание одной их фаз генератора опорного напряжения.
9. Напряжение трехфазной питающей сети - 380В (линейное).

Введение 

    Электропривод на основе двигателей постоянного тока используется в различных отраслях промышленности – металлургии, машиностроении, химической, угольной, деревообрабатывающей и  др.  Развитие  электропривода направлено на создание  высокопроизводительных  машин с высокой степенью автоматизации.

    Регулирование   скорости   двигателей   постоянного   тока  занимает важное место в автоматизированном электроприводе. Применение с этой целью  тиристорных  преобразователей является  одним из самых современных  путей   создания   регулируемого   электропривода  постоянного тока.

    важным  элементом  при  регулировании  скорости двигателя является  реверс, – изменение направления вращения, для осуществления которого используется  реверсивный  тиристорный   преобразователь.

     В   данном  курсовом  проекте   требуется  разработать  следующие элементы реверсивного тиристорного преобразователя:

• силовую схему тиристорного преобразователя;
• систему управления тиристорным преобразователем;
• задатчик интенсивности;
• схему электронной защиты.

    Также  требуется  произвести  расчет   энергетических   показателей, построить   регулировочную  и  внешние  характеристики   тиристорного преобразователя и произвести построение графиков выходного напряжения при заданном напряжении задания.

1. Выбор силовой схемы реверсивного тиристорного 
преобразователя

    В зависимости от мощности и назначения электропривода могут применяться различные силовой схемы реверсивных тиристорных преобразователей [1,4]. Нужно стремится к применению наиболее простых схем, содержащих минимальное количество вентилей. Однако упрощение схемы обычно приводит к ухудшению ее технических показателей. Поэтому при проектировании обычно принимается компромиссное решение, основанное на технико-экономическом сравнении вариантов.

    Все реверсивные преобразователи делятся  на два класса: однокомплектные и двухкомплектные. В настоящее время наиболее распространенными являются двухкомплектные тиристорные преобразователи, выполненные по встречно-параллельной или перекрестной схемам соединения вентильных групп. Вентили в группах могут соединяться по нулевой или мостовой схемам.

    В данном курсовом проекте рекомендуется использовать трехфазную мостовую схему  соединения вентилей в группах тиристорного преобразователя так как она обладает следующими преимуществами над нулевой:

          -при одинаковой фазной ЭДС среднее  значение выпрямленного  

           напряжения в мостовой схеме  в два раза больше;

          -частота пульсаций выпрямленного напряжения в два раза выше 

           (300 против 150 Гц), а амплитуда пульсаций меньше.

          -при одинаковой мощности нагрузки типовая мощность

           трансформатора меньше, чем для  нулевой;

          -индуктивность в цепи переменного тока в мостовой схеме в два 

           раза больше;

           -данная  схема дает большой диапазон регулирования скорости.

    Вентильные  группы,  входящие  в  схему реверсивного выпрямителя могут, как указывалось выше, соединяться двумя способами: по перекрестной или встречно-параллельным  схемам [4]. Схемы отличаются количеством вторичных обмоток силового трансформатора. Из-за простой  конструкции  трансформатора в схеме со  встречно-параллельным  соединением следует ей отдавать предпочтение.  силовая схема трехфазного мостового реверсивного преобразователя с устройствами коммутации и защиты представлена на рис. 1.1.

    По  заданию, в курсовом проекте управление вентильными группами – совместное согласованное. для ограничения возникающих при этом уравнительных токов используются два ненасыщающихся уравнительных реактора LR1 и LR2.

Рис. 1.1. Электрическая схема трехфазного реверсивного мостового тП

со  встречно-параллельным соединением вентильных групп

2. Расчет и выбор  элементов силовой  схемы преобразователя

2.1. Расчет и выбор  трансформатора 

    Выбор силового трансформатора производится по расчетным значениям тока I_2ф, напряжению U_2ф, и типовой мощности S_т. Напряжение первичной обмотки U_1ф должно соответствовать напряжению питающей сети.

     Расчетное значение напряжения U_2ф.расч вторичной обмотки трансформатора, имеющего ТП с нагрузкой в режиме непрерывных токов, с учетом необходимого запаса на падение напряжения в силовой части, определяется формулой

      (2.1)

     где k_u=0,427 – коэффициент, характеризующий отношение напряжений U_2ф/U_d0 в идеальном трехфазном мостовом выпрямителе;

     k_c=1,1 – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети;

     k_a=1,1 – коэффициент запаса, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющем сигнале;

     k_R=1,05 – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора, в вентилях и за счет перекрытия анодов;

     U_d – номинальное напряжение двигателя, U_d= U_н.

     Расчетное значение тока вторичной обмотки

     I_2расч=k_Ik_iI_dн=0,815·1,1 ·28,07 =25,16 А ,       (2.2)

     где k_I=0,815 – коэффициент схемы, характеризующий отношение токов I_2ф/I_d в идеальной схеме;

     k_i=1,1 – коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной;

     I_dн – значение номинального тока двигателя.

     I_dн=

    где =10,5 кВт– номинальная мощность электродвигателя;

          η=85% - КПД электродвигателя;

        =440 В- номинальное напряжение электродвигателя.

    Рассчитываем (предварительно) действующее значение тока первичной обмотки трансформатора

         I₁´=(1⁄k_тр´ )·k_i1·I_dн= (1⁄0,921)·0,815·28,07=24,83 А,  (2.4)

    где  - расчетный коэффициент трансформации трансформатора.

              K_тр´=U_1ф⁄U_2ф.расч=220⁄238,7=0,921,  (2.5)

   где - фазное напряжение первичной обмотки трансформатора, =220 В;

     - схемный  коэффициент   первичного  тока. принимаем =0,815  [1, табл. 2.1].

    Находим мощность первичной обмотки трансформатора

          S₁=m₁·I₁´·U_1ф=3·220·24,83=16387,8В·А ,  (2.6)

    где   -число фаз первичной обмотки, =3.

    Находим мощность вторичной обмотки трансформатора 

    S₂=m₂·I_2расч·U_2ф+0,5%P_н=3·25,16·238,7+52,5=18069,57 В·А ,(2.7)

    где   -число фаз вторичной  обмотки трансформатора, =3;

         I_2расч=27,68 А -действующее значение вторичного тока трансформатора, по форм.(2.2);

         U_2ф - фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора, ориентировочно принимаем U_2ф = U_2ф.расч=238,7 В.

    Находим типовую мощность трансформатора по формуле

     

,  

     S_T=(S₁+S₂)⁄2=(16387,8+18069,57)⁄2=17228,38 В·А ,       (2.8)

   Трансформатор выбираем из условий:

    – номинальное напряжение вторичной  обмотки трансформатора должно быть близким к значению U_2ф.расч: 0.95×U_2ф.расч £U_2фн £ 1.2×U_2ф.расч;

    – ток вторичной обмотки трансформатора должно быть больше или равен I_2.расч: I_2н³ I_2.расч.=41A

    –номинальная  мощность трансформатора должна быть больше или равна типовой:  Sн ³ S=17955,41Bm

    Выбираем  трансформатор ТСП-25/0,7-УХЛ4 по [2, табл.8.5].

    Параметры выбранного трансформатора сводим в  таблицу 2.1. 
 
 
 

     Таблица 2.1

     Рассчитываем  действительный коэффициент трансформации  выбранного трансформатора

                K_тр =U_1н⁄U_2н=U_1фн⁄U_2фн=380⁄410=0,92.           (2.9)

     действительные значения рабочих токов первичной и вторичной обмоток

                            I₂ = I_2расч=25,16А,            

              I₁=I₂⁄k_тр=27.3А,                          (2.10)

    2.2. Расчет и выбор  тиристоров

    Тиристоры  выбираются  по  среднему  значению  тока,  протекающему через них и величине обратного напряжения.

    При этом должен быть обеспечен достаточный  запас  по току и напряжению.

     Среднее значение тока тиристора

     I_a=(k_зi·k_вэ·I_d.ном)⁄k_ох=(1,4·0,333·28,07)⁄0,35= 37,3А      (2.11)

    где k_зi=1,4 – коэффициент запаса по току;

    k_ох – коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения силового вентиля. При естественном охлаждении k_ох=0,35;

     - коэффициент, принимаем по [1, табл.1.9], =0,333.

     Максимальная  величина обратного напряжения

     U_bmax=k_зU·k_Uобр·U_d0=1,8·1,045·553=1042 В       (2.12)

     где k_зU=1,8 – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможные повышения напряжения питающей сети (включая режим холостого хода) и периодические выбросы U_обр, обусловленные процессом коммутации вентилей; 

     k_Uобр – коэффициент обратного напряжения, равный отношению напряжений U_bmax/U_d0, для мостовой схемы выпрямления k_Uобр=1,045;

    U_d0 – наибольшая величина выпрямленного напряжения преобразователя (среднее значение за период). Для трехфазной мостовой схемы выпрямления U_d0=2.34U_2фн=553 В;

   Условия выбора тиристоров :

– Максимальный средний ток тиристоров открытом состоянии  должен быть больше или равен  значению ,  I_{ос.ср.max}³ I_а;

– Повторяющееся  обратное напряжение тиристора должно быть 

              больше или равно значению  , U_обр.п ³ .

    Из справочника [3] выбираем  марку тиристоров (низкочастотных)

   2Т142-80-11 

   Параметры выбранных тиристоров сводим в таблицу 2.2. 

                                                                                                               Таблица 2.2

                                  2.3. Расчет и выбор уравнительных реакторов 

    В мостовом преобразователе  с совместным управлением  присутствуют уравнительные  токи.

    Для уменьшения уравнительных токов  в схему вводят 4 насыщающихся или 2 ненасыщающихся уравнительных реактора.

    Принимаем для расчета схему с двумя  ненасыщающимися уравнительными реакторами.

    Определяем  индуктивность уравнительных реакторов по формуле [4, стр.133]

                                  (2.13)

    где  - коэффициент действующего значения уравнительного тока, 

    принимаем по [4, стр.1-158] =0,62;

      -амплитуда фазного напряжения,  ,

    где w - круговая частота сети, w=314 ;

      – действующее значение уравнительного тока,

    для схемы выбираем 2 ненасыщающихся уравнительных реактора LR1 и LR2 с рассчитанной индуктивностью 
 
 

    2.4. Расчет и выбор  сглаживающих дросселей 

    Пульсации выпрямленного напряжения приводят к пульсациям выпрямленного тока, которые ухудшают коммутацию электродвигателя и увеличивают его нагрев.

    Для сглаживания пульсаций выпрямленного  напряжения применяют сглаживающие дроссели. 

    Определяем  индуктивность сглаживающего дросселя по формуле    [4, стр. 132]

    где,   k- кратность гармоники, так как в симметричной мостовой  схеме наибольшую амплитуду имеет первая гармоника, то  принимаем =1;

    p- количество пульсаций, принимаем по [1,табл. 2.1], p =6;

      p_(1)%- допустимое действующее значение основной гармоники