Министерство  образования Российской Федерации 
 

Вятский государственный университет 
 

Кафедра «Электропривод и автоматизация  
промышленных установок» 
 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 

по дисциплине

«Преобразовательная техника» 

«Тиристорный преобразователь

постоянного тока» 
 

Вариант 24.5 
 
 
 

Выполнил   студент          

                                                                                      
 

Руководитель  проекта:    

                                                                                    

  
 

       

Киров,  2004

Содержание 

Введение

 

     Тиристорные преобразователи служат  для преобразования переменного  напряжения или тока в постоянное, постоянного напряжения или тока в переменное. Основными характеристиками ТП являются коэффициент полезного действия, коэффициент мощности и другие энергетические характеристики.

     В вентильном электроприводе  постоянного тока широкое распространение  получили реверсивные преобразователи. 

       В реверсивных тиристорных электроприводах наибольшее распространение получила встречно-паралельная схема соединения вентильных групп, так как она имеет ряд преимуществ перед другими схемами: во-первых, содержит простой двухобмоточный трансформатор, который может быть применен как в реверсивном, так и в нереверсивном электроприводе, и имеет наименьшую типовую мощность по сравнению с трансформаторами в других схемах; во-вторых, может питаться непосредственно от трехфазной сети через анодные токоограничивающие реакторы; в-третьих позволяет унифицировать конструкцию реверсивного и нереверсивного электропривода.

     Достоинства полупроводниковых  преобразовательных устройств, к  которым относится и тиристорные  преобразователи постоянного тока, по сравнению с другими преобразователями неоспоримы: они обладают высокими регулировочными характеристиками и энергетическими показателями, имеют малые габариты и массу, просты и надежны в эксплуатации. Кроме преобразования и регулирования тока и напряжения обеспечивается бесконтактная коммутация токов в силовых цепях.

     Совершенствование силовых полупроводниковых  приборов и оптимальное сочетание  их параметров с режимами преобразователя  при его проектировании, использование  эффективных методов исследования  преобразователей способствуют  разработке преобразовательных устройств с высокими технико-экономическими показателями. 

Задание

 

I. Расчетная часть

     Рассчитать параметры и выбрать  элементы тиристорного преобразователя  (трансформатор, вентили, сглаживающий  дроссель, защитную аппаратуру), привести полную электрическую схему преобразователя с подробным описанием ее работы и назначения всех элементов. 

II. Графическая  часть

     В соответствии с параметрами  выбранных элементов схемы преобразователя  рассчитать и построить:

1.Регулировочные  характеристики системы управления ТП:

E _d =f (a), U _d =f (a), a = f (U _У), E _d = f (U _У), где

E _d , U _d – соответственно ЭДС и напряжение на выходных зажимах ТП;

U _У – напряжение управления, подаваемое на входные клеммы ТП;

a - угол регулирования, определяющий момент отпирания вентилей;

2.Внешние  характеристики тиристорного преобразователя  для следующих значений ЭДС  на двигателе: ±E _ДН; ±0.75×E _ДН; ±0.5×E _ДН; ±0.25×E _ДН; E _ДН = 0,

где E _ДН – номинальное значение ЭДС на обмотке якоря двигателя;

3.Границу  прерывистого режима работы преобразователя и совмещенные временные диаграммы кривых e _d (u), i×R _Д (u), E _d (u), i (u) для трех случаев (номинальный, граничный и прерывистый токи) при a = const, где u = w_С×t ;

4.Зависимость  полной мощности и ее составляющих, коэффициента мощности от напряжения или скорости при выпрямленных токах I _d = 0.5×I _ДН  и I _d = I _ДН;

5.Временные  диаграммы кривой выпрямленной  ЭДС на выходе преобразователя  при значениях напряжения U _ДН ; 0.5×U _ДН ; U _Д = 0 и напряжения на якоре электродвигателя для U _Д = U _ДН при E _Д = E _ДН ;

6.Выбрать  структурную схему системы управления  преобразователем, описать назначение  блоков системы управления, и  их взаимодействие в структуре,  привести временные диаграммы,  поясняющие принцип работы СУ  ТП.

Исходные  данные

 

1.Совместно-согласованная схема тиристорного преобразователя с раздельным способом управления его преобразовательными группами (ПГ) /рис.1.1/

2.Основные  параметры электродвигателя П-72:

Номинальная частота вращения, n_ном:   750 об/мин.

Номинальная мощность:     11 кВт.

Номинальное напряжение,  U _dn:    110 В.

Номинальный ток, I _dn:     123 А.

Максимальная  частота вращения:   1500 об/мин.

КПД двигателя:      81%.

3. Тип нагрузки: обмотка якоря ДПТ.

4. Параметры питающей сети:

Частота питающей сети, Гц:   f = 50       W_c = 2πf = 314

Напряжение  питающей сети, В:    U _c = 380 В

Предел  изменения напряжения в сети ∆U_С , %: ∆U_С = 5%

5. Параметры  регулирования:

  Колебания напряжения сети ∆U_С , %:   ∆U_С = ± 10%

  Допустимая  амплитуда пульсации тока якоря, А:

  I_{П. ДОП} = (2…10%) %   I _dn, I _dn = 123А, I_{П. ДОП} = 2,46А.

  Допустимая  величина уравнительного тока, А:

  I _УР = 0,1 * I _dn = 12,3А

6. Параметры  схемы:

  Коэффициент схемы:      К_СХ = 2,34.

  Число фаз выпремления:     m = 3.

  Число пульсаций:      p = 6. 

Рис.1.1. Схема тиристорного преобразователя

1.Расчет  силовой схемы  тиристорного преобразователя 

 

     Выбор всех элементов ТП производится  в предположении, что нагрузка  на валу электродвигателя не  зависит от направления его  вращения. В этом случае каждая  ПГ в ТП работает совершенно одинаково, следовательно, расчет можно проводить только для одной группы.

1.1.Расчет мощности и выбор силового трансформатора

     Для согласования заданной величины выпрямленного напряжения питающей сети и ограничения скорости тока в тиристорах ТП используется силовые трансформаторы. 

,        (1.1)

где

  E_н – номинальное значение ЭДС электродвигателя;

  E_н=U_ДН-I_ДН*R_Я

  U_ДН – номинальное напряжение на якоре электродвигателя;

  I_ДН – номинальный ток электродвигателя;

  I_ДН – номинальное значение выпрямленного тока преобразователя;

  R_Я – активное сопротивление двигателя с учетом сопротивления якоря, компенсационной обмотки и добавочных полюсов, приведенное к рабочей температуре 80⁰С;

  

  Ориентировочные значения сопротивления обмотки  якоря определяется следующей формулой:

  

  a _min – минимальный угол регулирования ТП (a _min = 15 эл.град.);

  DU_В – падение напряжения на тиристоре, орентировочно на предварительном этапе расчета принять ∆U_В = 1,2В.

  а_в – коэффициент зависящий от схемы выпрямления; а_в=2

  d, С_Т, b – расчетные коэффициенты

  d = 0,0043, С_Т = 0,0052, b = 0,0025

К_сет – коэффициент, учитывающий индуктивностя сети переменного тока; К_сет = 1,4. 
 
 
 

  l_н %, DP_Н% – напряжение короткого замыкания и потери в меди трансформатора; l_н % = 7%, DP_Н% = 2%.

  K₁ – коэффициент перегрузки двигателя по току (K₁ = I _dmax /I _dn =370/123=3);

  I _dmax – максимальный ток электродвигателя;

  R_S - суммарное активное сопротивление цепи выпрямленного тока(обмотка силового трансформатора, реакторов, полное сопротивление якорной цепи электродвигателя, динамическое сопротивление тиристоров и т.п.);

  R_S= R_ТР+ R_dц+ R_р+ nR_дин

  где т – число тиристоров, последовательно обтекаемых током;

  R_дин – динамическое сопротивление тиристоров проводящем состоянии (при подстановки этого значения учитывается общее число последовательно соединяемых вентилей в цепи нагрузки в проектируемой схеме преобразователя).

  Величина  I_dн R_Σ на этапе предварительного расчета может быть принято равной (0,1…0,2) U_дн;

  I_dн * R_Σ = 0,15*110=16,5

В

 В 

Величина  требуемого фазного напряжения на вторичной  стороне силового трансформатора для  мостовых схем ТП определяется соотношением: