Управляемые выпрямители трёхфазная нулёвка

Оглавление 

 

Введение

Управляемые выпрямители нашли широкое применение в автоматизированных электроприводах  постоянного и переменного токов. В электроприводах постоянного тока они используются для питания якорных цепей и обмоток возбуждения электрических машин. В электроприводах переменного тока управляемые выпрямители применяются в качестве источников питания преобразователей частоты со звеном постоянного тока, а также на их базе выполняются ведомые инверторы для вентильных электродвигателей и преобразователи частоты с непосредственной связью с питающей сетью для асинхронных и синхронных электродвигателей.

Основной  частью управляемого преобразователя  является тиристор, выполняющий роль электрического ключа, пропускающий ток при малом падении напряжении в проводящую часть периода времени и запирающего цепь тока в непроводящую часть периода. На практике чаще всего в управляемых преобразователях используются полу управляемые тиристоры.

В зависимости  от числа фаз источника переменного  тока различают выпрямители: однофазные, трехфазные, шестифазные и т.д. В  зависимости от того, проходит ли ток  к вентильной обмотке трансформатора только в одном направлении или  в обоих направлениях, различают нулевые (однополупериодные, однотактные) и мостовые  (двухполупериодные, двухтактные) схемы. Преобразователи, содержащие в своем составе только тиристоры, называются симметричными, а содержащие тиристоры и диод – не симметричными.

Для изменения направления тока в реверсивных электроприводах применяют двух комплектные преобразователи.

 

Исходные  данные

Нагрузка: двигатель постоянного тока типа 2ПН-180М

Допустимый  ток (момент) перегрузки двигателя или  кратность уставки токоограничителя I_max/I_н=2.5

Питающая  сеть 3-х фазная: U_c=380 В, f_c=50 Гц, m_c=3

Допустимая  величина отклонения напряжения сети:

Напряжение  короткого замыкания трансформатора  

В данной расчётной работе для питания  двигателя с номинальным напряжением U_н=440 В используем трёхфазную мостовую схему выпрямления с трансформатором, с группой соединения обмоток Y/Y.

Схема выпрямителя представлена на рис. 1 

Рис.1 трёхфазная мостовая схема выпрямления 

с группой  соединения обмоток Y/Y, с трансформатором

Временные диаграммы токов и напряжений представлены на рисунке 2: 

Рис.2 Временные  диаграммы токов и напряжений 

 В  трехфазном мостовом выпрямителе  последовательно соединены две  трехфазные тиристорные группы: катодная VS11, VS13, VS15 и анодная VS12, VS14, VS16, каждая из которых повторяет работу трехфазного нулевого выпрямителя. Одновременно проводят ток два тиристора: один из катодной группы, другой– из анодной. Например, на интервале δ₁<ωt<δ₂  ток пропускают тиристоры VS11, VS16, на интервале   δ₂<ωt<δ₃ – тиристоры VS11, VS12, на интервале δ₃<ωt<δ₄ – тиристоры VS12, VS13 и т.д. Каждый тиристор пропускает ток на интервале 2π/3, причем в первую половину этого интервала с одним тиристором, вторую – с другим. 

Для расчёта  установленной мощности трансформатора определим вначале действующее значение фазной ЭДС его вторичной обмотки Е2, необходимое для получения номинального напряжения на нагрузке (Номинальное напряжение двигателя U_н=440 В). Для этого используем соотношение

В случае трёхфазной мостовой схемы это выражение преобразуется к виду:

Действующие значения токов первичной и вторичной  обмоток трансформатора:

Расчётная мощность трансформатора:    

Используя эмпирическую формулу, можно определить сечение стержня Q_T трёхфазного трансформатора и, следовательно, его габариты

см²

ЭДС одного витка

Соответственно  число витков вторичной отмотки:

Число витков первичной обмотки: 

Коэффициент трансформации:

Так как  коэффициент трансформации примерно равен единице, то лучше использовать трёхфазную мостовую схему выпрямителя с токоограничительными анодными реакторами. Схема выпрямителя представлена на рис. 3

Рис. 3 трёхфазная мостовая схема выпрямления

с токоограничительными анодными реакторами 

Среднее значение максимального анодного тока вентилей:

По каталогу завода «Электровыпрямитель» (г. Саранск) подбираем наиболее близкий по среднему току тиристорный двухключевой модуль типа МТТ-40.

Для выбора класса тиристоров определяем величину максимального (амплитудного) анодного напряжения, воздействие которого могут испытывать вентили в рассматриваемых схемах.

При двойном  запасе по напряжению будет достаточно тиристоров типа МТТ-40 класса. 

 

Анализ  аварийного тока при  К.З. в цепи нагрузки

Используя действующее значение номинальной  ЭДС и ударного тока тиристоров I_уд, находим сопротивление анодных реакторов 
 

Для выбранных  тиристорных модулей типа МТТ-40 .

Отсюда,

Индуктивность анодных реакторов равна:

ток короткого  замыкания в общем случае состоит  из периодической и апериодической составляющих и определяется выражением 

 А

Для выбранных  типов транзисторов допустимое для  них значение ударного тока оказывается меньше возможного значения . Поэтому вместо МТТ-40 возьмем МТТ-80. 

Сеточная  защита с такими приборами, запирая тиристоры после появления первого ударного импульса тока. Всегда будет обеспечивать надёжную защиту преобразователя и в аварийном режиме.

 

Графики зависимости угла коммутации от среднего значения выпрямленного  тока

при различных углах управления

В таблице  представлены результаты расчёта угла для шести значений углов и двух значений токов нагрузки . Угол определяет время, необходимое для восстановления запирающих свойств низкочастотных тиристоров после снижения анодного тока до нуля. По каталогу это время выключения , которому соответствует угол

Из таблицы  следует, что  , 23.36

По данным таблицы строим график зависимости  угла коммутации от значения угла регулирования при токе нагрузки

 

 

Внешние характеристики управляемого выпрямителя

Внешние характеристики представляют собой  зависимости среднего значения выпрямленного  напряжения выпрямленного тока при фиксированном значении угла регулирования . При форма внешней характеристики УВ совпадает с характеристикой неуправляемого выпрямителя.

Режим прерывистого тока

Среднее значение прерывистого тока в относительных единицах:

Где

Выражение для расчёта выходного напряжения УВ в режиме прерывистого тока:

 

Для значений , и имеем

Для значений , и имеем