Надежность систем автоматического управления

                                                                                                                             (10)

  Относительное значение действующего тока вентилей

                                                                                                        (11)

  Рассчитано на основании (10), значение взято из методического пособия. 

  3.3. Выбор силового трансформатора. 

  Выбор силовых трансформаторов преобразовательных схем осуществляется по каталогам, исходя из следующих данных:

• схема соединения обмоток трансформатора;
• значение первичного напряжения U_1л/U_1ф;
• значение вторичного фазного напряжения U_2ф (или E_2ф для идеального преобразователя);
• расчетное значение типовой мощности трансформатора:

,                                                                                                              (12) где m₁, m₂ - числа фаз первичной и вторичной обмоток соответственно.

  Относительное значение типовой мощности трансформатора назовем коэффициентом использования трансформатора в выпрямительной схеме:

                                                                                                                     (13) 

  3.4. Расчет идеального преобразователя. 

  Всем расчетным параметрам присвоим индекс "и", что означает, что расчеты выполнены для идеальной схемы.

  Используя данные и соответствующие расчетные формулы для проектируемого преобразователя получим:

1. Действующее   значение  ЭДС   вторичных   обмоток трансформатора:

2. Максимальное напряжение, прикладываемое к тиристору в закрытом состоянии:

3. Среднее значение тока через тиристор:

4. Эффективное значение тока через тиристор:

 

5. Типовая мощность трансформатора:

  3.5. Определение параметров силовых условий эксплуатации. 

  При эксплуатации тиристорных преобразователей в реальных условиях возникают отклонения напряжения и тока от расчетных значений за счет неидеальности элементов схем и действия внешних возмущений (колебаний сетевого напряжения, температуры окружающей среды Т_ср и воздействия токовых перегрузок). На стадии проектирования при определении параметров схем вводят ряд коэффициентов запаса, каждый из которых позволяет учесть влияние определенных эксплуатационных факторов.

  Уточнение величины фазного напряжения на вторичных обмотках трансформатора осуществляется с помощью выражения

                                                                                                                                           (14)

  где К_Н1 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжение сети ∆U₁/ U₁ , заданное в ТЗ К_н1 =(1+∆U₁/ U₁)∙1.05; K_α - коэффициент запаса, учитывающий возможное снижение выпрямленного напряжения за счет отклонения управляющих импульсов от их расчетного положения. Для синхронизации многоканальных систем управления обычно принимают Кα=1,05, а для цифровых (при высокой разрядности) и одноканальности синхронных систем Кα=1,02-1,03; К_R - коэффициент запаса, учитывающий внутреннее падение напряжения в ТП.

  Для проектируемой трехфазной мостовой схемы принимаем:

 =1,05.

Тогда

  Действующее значение первичного тока, потребляемого ТП из сети, уточняем по выражению

                                                                                                                                           (15)

  где К_I1 - коэффициент запаса, учитывающий возможные длительные технологические перегрузки (обычно равен 1,15-1,2); К_I2 - коэффициент запаса, учитывающий возрастание действующих значений токов в трансформаторе из-за пульсаций тока якоря, который можно оценить по выражению:

                                                                                                              (16)

  где ≤0,04 - значение допустимых пульсаций тока якоря, заданное в ТЗ; K₁₃ - коэффициент запаса, учитывающий протекание в первичных обмотках намагничивающего тока I_н. Последний обычно принимают равным току холостого хода трансформатора I_xx, значение которого приводится в технических данных трансформаторов. Для ТП, работающего в составе электроприводов с широким диапазоном регулирования скорости (D>10:1), на этапе предварительного расчета можно ориентировочно принять равным значениям, приведенным в таблице 3:

  Таблица 3.

  K₁₃=1.03 ( =150 кВт).

  В последствии К₁₃ уточняется на основании технических данных трансформатора.

  К_р= - расчетный коэффициент для рассматриваемого варианта схемы. При этом коэффициент трансформации рассчитывается по приближенному выражению K_T=U₁/U_2ф. В качестве U₁ выбирается линейное или фазное первичное напряжение согласно ТЗ и схеме трансформатора.

  Значение типовой мощности трансформатора с учетом эксплуатационных факторов рассчитаем по выражению:

                                                                                                                (17)

  где К_Р1 - коэффициент запаса по мощности, обеспечивающий устранение явления насыщения стали. Так как из рассматриваемых схем явление подмагничивания стали имеет место только в трехфазной нулевой схеме (вариант 2а), то для этого варианта К_Р1=1,2, а для остальных вариантов К_Р1=1.

3.6.Расчет трансформатора с учетом коэффициента запаса.

  Определяем        значение        коэффициента трансформации:

  Определяем значение коэффициентов запаса:

  Тогда линейный ток, потребляемый из сети, составит:

   

  Определяем значение типовой мощности трансформатора:

 

  3.7.Практические рекомендации по выбору трансформаторов. 

  В электротехнических справочниках приведены технические параметры некоторых серийных трансформаторов, которые могут быть применены в проектируемых схемах ТП.

  Для однофазных мостовых преобразователей применение согласующих трансформаторов рекомендуется при выходных выпрямленных напряжениях U_d = 24, 36, 48, 60, 100 В. При напряжениях U_d = 115 и 154 В. работа ТП обеспечивается при подключении к однофазному сетевому напряжению U₁ =22 В через токоограничивающие реакторы, а при U_d = 220 и 254 В при подключении через реакторы к линейному напряжению U₁=380 В. Для двухполупериодных однофазных преобразователей рекомендуются однофазные трансформаторы. Трехфазные трехобмоточные трансформаторы серии ТТ в серийном исполнении имеют схему соединения "треугольник - двойная звезда".

  При проектировании конкретного варианта ТП можно допустить изменение схемы соединения обмоток. Это предоставляет разработчику широкие возможности по использованию трансформаторов ТТ во многих вариантах ТП. Так, при последовательном соединении вторичных фазных обмоток можно образовать на стороне вторичного напряжения новые варианты соединения: звезда, треугольник, зигзаг. При этом новые значения вторичного линейного напряжения будут соответственно равны:

  где - значение вторичного линейного напряжения серийного трансформатора, приведенное в графе серийного трансформатора. Это позволяет применять трансформаторы ЕЕ для ТП по вариантам 2а, 2б, 5а, 5б. Естественно, трансформатор может применяться без дополнительных переключений для ТП по вариантам 3 и 4.

  Все вышесказанное относится к сухим трехобмоточным трансформаторам серии ТС. Эти трансформаторы имеют два варианта исполнения первичной обмотки: с соединением "звезда" и с соединением "треугольник" с подключенным к сети напряжением 380 В. Последний вариант допускает пересоединение в "звезду" с подключением к сети 660.380 В, если данное напряжение сети предусмотрено ТЗ.

  Сухие трансформаторы серий ТСП и ТСЗП выполнены по схеме "звезда ноль - звезда одиннадцать" и предназначены для ТП по трехфазной мостовой схеме с выпрямленным напряжением U_d=154, 230, 354, 460 и 660 В, либо по трехфазной нулевой схеме с U_d = 115, 160, 230 и 330 В. Вторичные обмотки допускают пересоединение в "треугольник" со снижением линейного напряжения в раз.

  У всех классов рассмотренных трансформаторов допускается регулирование напряжения на вентильных обмотках в пределах ±5%. Это осуществляется переключением ответвлений сетевой обмотки на доске зажимов (щетке) при снятой нагрузке и отключением трансформатора от сети. Данная регулировка у трансформаторов называется подрегулировка без возбуждения (ПБВ).

  Для уменьшения влияния преобразовательных агрегатов на цеховые сети напряжением 380/220 В и улучшения энергетических показателей питания ТП мощностью 400 кВА и выше осуществляется при более глубоком вводе от сети напряжением 10/6 кВ.

  Таким образом, условия выбора конкретного трансформатора формулируются так:

• первичное линейное напряжение серийного трансформатора U_1лс должно соответствовать напряжению первичной сети U_1л, определенному в ТЗ, т.е. U_1лс= U_1л;
• номинальная мощность серийного трансформатора S_нс не должна быть меньше требуемой мощности, определенной по выражению (20), т.е. S_нс≥ S_т.
• Схема соединения обмоток трансформатора и его основные конструктивные решения (число фаз первичных обмоток, число вторичных обмоток) должны соответствовать схеме, заданной в ТЗ;
• определенное в п.3.5 значение фазного напряжения вентильных обмоток трансформатора U_2ф должно соответствовать номинальному фазному напряжению вторичных обмоток серийного трансформатора, т.е. U_2ф= U_2фс. Применяя отмеченные выше переключения вторичных обмоток, удается расширить число возможных вариантов напряжения вторичных обмоток. Кроме того, наличие у трансформаторов ПБВ позволяет сделать условие U_2ф= U_2фс менее жестким, так как U_2фс может приобретать за счет переключения отпаек три значения: 0,95 U_2фс, U_2фс и 1,05 U_2фс. Если U_2ф не соответствует ни одному из возможных вариантов при выполнении требований по этим пунктам, то осуществляется перерасчет параметров вторичной обмотки серийного трансформатора на новое вторичное напряжение.

  3.8. Выбор тиристоров. 

  Основным параметром, по которому осуществляется выбор тиристоров для преобразователей, работающих на частотах 5-1000 Гц, является предельно допустимый средний ток, протекающий через прибор в открытом состоянии (I_ос,ср). Этот ток для унифицированных низкочастотных тиристоров серии Т определяется на заводах-изготовителях экспериментально в классификационной однополупериодной схеме выпрямителя при работе на активную нагрузку при а=0. Следовательно, I_ос,ср - это постоянная составляющая однополупериодной волны синусоидального тока: