Тиристорный преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение
| Загрузить архив: | |
| Файл: ref-29095.zip (952kb [zip], Скачиваний: 302) скачать |
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций
Кафедра электропривода и электрооборудования
береговых установок
Курсовая работа
По курсу ”Преобразовательная техника”
Тиристорный преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение
Специальность: 180400 “Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов”
Вариант N11 Выполнил: Красовский А.В. Преподаватель: Белоусова Н.В.
Санкт-Петербург 2009г.
СОДЕРЖАНИЕ
- Техническое задание на проектирование тиристорного преобразователя.
- Расчет силовой части тиристорного преобразователя.
- Выбор силовых вентилей преобразователя.
- Выбор защитных цепей силовых вентилей.
- Выбор силового согласующего трансформатора.
- Выбор силовых вентилей преобразователя.
- Выбор сглаживающих дросселей, расчет параметров цепи постоянного тока.
- Расчет и выбор элементов системы управления. Схема системы управления. Временные диаграммы токов и напряжений системы импульсно-фазового управления.
- Статические характеристики силовой части тиристорного преобразователя.
- Временные диаграммы выпрямленных токов и напряжений.
- Передаточные функции системы управления, силовой части и преобразователя в целом.
- Общая схема тиристорного преобразователя, включающая в себя систему управления, защиту и сигнализацию.
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Число пульсаций выпрямленного напряжения
m=6
Параметры нагрузки цепи постоянного тока
| № | 2 |
|---|---|
| Idном[A] | 200 |
| Udном[В] | 220 |
| Rн *[Ом] | 0,02 |
| Lн *[Гн] | 0,09 |
Требования к управлению реверсивным преобразователем
| № | 1 |
| управление | совместное |
| согласованное |
Наибольшее значение уравнительного тока и гранично-непрерывного тока
| № | 4 | |
| Iy * | [%] | 20 |
| I0 * | [%] | 12 |
Коэффициент пульсации выпрямленного тока в процентах от номинального тока
№
6
qi [%]
3
Требования к форме опорных напряжений СИФУ
№
1
опорные напряжения
синусоидальные
Значения напряжений управления преобразователя в долях от базового значения напряжения управления, при которых строятся нагрузочные характеристики и временные диаграммы
| № | 5 |
| u0(1)* | 0,75 |
| u0(2)* | 0,4 |
| u0(3)* | −0,2 |
| u0(4)* | −0.85 |
ВАРИАНТ ЗАДАНИЯ
| Номер | Номера пунктов задания | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| варианта | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 11 | 6 | 2 | 1 | 4 | 6 | 1 | 5 |
Коэффициенты тиристорных преобразователей
- Число пульсаций выпрямленного напряжения за период напряжения сети m=6
- Коэффициент схемы по фазному напряжению kсхф=2.34
- Коэффициент схемы по линейному напряжению kсхл=1,35
- Коэффициент искажений тока трансформатора вторичной обмотки ki2=0,955
- Коэффициент искажений тока трансформатора первичной обмотки ki1=0,955
- Коэффициент схемы по току kсхi=0,816
- Коэффициент искажений мощности k=0,955
Справочные данные по тиристорам
- Предельный ток (стандартный радиатор, обдув со скоростью 6 m/c) [A] – 200
- Прямое падение напряжения [B] - 1,2
- Время включения [μc] – 20
- Ток удержания [mA] – 100
- Отпирающий ток управления [mA] – 300
- Критическая скорость нарастания прямого напряжения (du/dt)кр [B/μc] – 100
1.1. Справочные данные по силовым трансформаторам
| Тип | Sн[кВА] | U1[B] | U2[B] | uk [%] | sk [%] | Схема |
| ТСЗ-48 | 48 | 230 | 133 | 5,2 | 2,9 | Ç/Ç |
2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
2.1 Источник питания
Цепь переменного тока преобразователя -трехфазная сеть переменного синусоидального напряжения
- Действующее значение фазного напряжения U1ф := 220 В
- Частота сетевого напряжения f := 50 Гц
- Мощность сети неограниченна.
2.2 Требования к цепи постоянного тока.
- Число пульсаций выпрямленного напряжения m := 6
- Тип нагрузки: источник э.д.с. с заданными внутренними параметрами:
активным сопротивлением Rн := 0.02 Ом и индуктивностью Lн := 0.09 Гн
2.2.3 Диапазон регулирования выпрямленного тока [-Idном, Idном] := 200 А
Idном
2.2.4 Диапазон регулирования выпрямленного напряжения: (-Udном, Udном.)
:= 220 В
Udном
2.2.5 Наибольшее значение уравнительного % от Idном
Iу := Idном⋅0.2 Iу = 40 А или гранично-непрерывного % от Idном
I0 := Idном⋅0.12 I0 = 24 А
2.2.5 Коэффициент пульсаций выпрямленного тока при номинальной нагрузке
q := 3
Uб := 10 В -напряжение базовоое
:= 15 В -напряжение питания
Uпит
2.3 Требования к системе управления
- Управление реверсивным преобразователем совместное согласованное
- Тип опорного напряжения СИФУ синусоидальное, блок линеаризации в систему управления не включается.
- Четыре значения э.д.с. преобразователя, при которых строятся нагрузочные характеристики (п.7.7) и временные диаграммы.
⋅ U01
:= 0.75 Uб = 7.5 B
U01
⋅ U02
:= 0.4 Uб = 4B
U02
:= −0.2⋅Uб −= 2B
U03 U03
:= −0.85⋅Uб −= 8.5B U04 U04
2.4 Базовые значения и относительные единицы
В задании на курсовое проектирование параметры нагрузки (Rн,Lн) и средние значения э.д.с. преобразователя (0.75;0.4;-0.2;-0.85) приведены в относительных единицах (в долях от базовых значений этих величин).
2.4.1 В качестве основных базовых величин принимаются:
Eб := -максимальное значение э.д.с. преобразователя;
Iб := Idном -номинальное значение тока нагрузки;
ω := 2 π⋅ ⋅f-угловая частота напряжения источника питания.
2.4.1 Производные базовые величины находятся через основные базовые величины. Например, базовые значения активного сопротивления и индуктивности нагрузки:
Rб := ,Lб := Iб ω⋅Iб
Значения величин в абсолютных единицах определяются по формуле
A = A*Aб,
где Aб базовое значение основной величины; A* значение этой величины в относительных единицах. Например, средние значения выпрямленной э.д.с. Edn определяются по формуле
Edn = Edn* Eб, n =1,2,3,4,
а сопротивление и индуктивность нагрузки (по данным таблицы 7.2) по формулам
∗∗
Rн = Rн ⋅ Rб = Rн ∗⋅ Ed 0 Rн = Rн ⋅ Rб = Rн ∗⋅ Ed 0 dном Idном
2.4.3 При расчете системы управления в качестве базового значения сигналов принимается базовое значение напряжения системы управления Uб. Значения сигналов в абсолютных единицах определяются по формуле A = A*Uб,
где A значение сигнала в абсолютных единицах; A* -значение сигнала в относительных единицах. В качестве базового значения напряжения системы управления рекомендуется принять :Uб = 10 В
при этом напряжение питания системы управления рекомендуется принять:
= 15 В
Uпит
3 . РАСЧЕТ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
В данном пункте проекта, исходя из требований технического задания, приводится словесное обоснование выбора типа преобразователя: нулевой, мостовой; реверсивный, нереверсивный. Обосновывается необходимость использования трансформатора для согласования напряжения питающей сети и напряжения на нагрузке. В зависимости от типа преобразователя для его питания необходимо использовать либо один, либо два согласующих трансформатора.
Описываются необходимые виды защит: максимальной токовой, тепловой, от перенапряжения на тиристорах. Приводится схема силовой части тиристорного преобразователя. Производится выбор основных силовых элементов. Строятся регулировочная и нагрузочная характеристики преобразователя, временные диаграммы выпрямленного тока и напряжения.
Тиристорные преобразователи с числом пульсаций выпрямленного напряжения m=6 проектируются реверсивными и содержат два комплекта нереверсивных преобразователей. Схемa силовой части преобразователей приведены на .
3.1 Выбор согласующего трансформатора
Согласующий трансформатор выбирается по мощности и напряжению первичной и вторичной обмоток.
3.1.1 Выбор мощности трансформатора рекомендуется производить в следующем порядке:
3.1.1.1 Определяется номинальная мощность нагрузки преобразователя
⋅
Pном := Udном Idном Pном
= 44000 Вт
3.1.1.2 Рассчитывается номинальная мощность потерь энергии на вентилях преобразователя
ΔU -прямое падение напряжения на вентиле n0 -число вентилей обтекаемых током в каждый момент времени в режиме непрерывного тока (при нулевой схеме включения вентилей n0=1, при мостовой схеме n0=2)
ΔU := 1.2 n0 := 2
⋅⋅ = 480 Вт
ΔPном := ΔUIdном n0 ΔPном
3.1.1.3 Рассчитывается коэффициент полезного действия преобразователя при номинальной мощности нагрузки
Pном
:= η пр = 0.989
η пр
+ΔPном
Pном
3.1.1.4 Минимальная допустимая мощность согласующего трансформатора определяется по формуле
k:= 0.955 -коэффициент искажений мощности из тб. 6.1
p
Pном
:= Smin = 46575.92 кВА
Smin
⋅
kp ηпр
3.1.2 Выбор трансформатора по напряжению
Фазные напряжение первичных обмоток трансформатора должно быть равно фазному напряжению сети U1. При этом первичные обмотки трансформатора могут соединяться как звездой, так и треугольником.
Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора должно быть выбрано так, чтобы гарантированно было обеспечено номинальное напряжение на нагрузке цепи постоянного тока при номинальном токе с учетом потерь напряжения на обмотках трансформатора и вентилях. Выбор номинального фазного значения напряжению вторичной обмотки рекомендуется производить в следующем порядке:
3.1.2.1 Производится оценка активного сопротивления короткого замыкания
трансформатора
p'k := 0.03 -мощность короткого замыкания в относительных единицах ( выбирается в пределах 0.01-0.03)
:= 2.34 -коэффициент схемы по фазному напряжению тб. 6.1
kсхф
Udном kp ηпр
R'k := p'k⋅ R'k = 0.006 Ом 2kсхф ⋅Idном
3.1.2.2 Производится оценка коммутационного сопротивления, вносимого источником питания в цепь выпрямленного тока
u'k := 0.08 -где uk напряжение короткого замыкания в относительных единицах выбирается в пределах 0,04-0,11
2⋅()
π
λ := -угол повторяемости
m
⋅⋅kp ⋅η пр
3Udном
X'd := u'k⋅ X'd = 0.043 Ом 2
⋅
kсхф λ ⋅ Idном
3.1.2.3 Производится оценка необходимого значения фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора по формуле
d := 2 -количество обмоток трансформатора, обтекаемых током в каждый момент времени в режиме непрерывного тока. При нулевой схеме включения вентилей d=1
Udном +ΔUn0 +(X'd + dR'k)⋅Idном U'2 := U'2 = 99.733 В kсхф
3.1.3 По данным Smin,U1, U2 производится выбор трансформатора.
При выборе вторичного напряжения трансформатора следует учесть, что трансформаторы имеют на вторичной обмотке отпайки, позволяющие регулировать напряжение вниз на 20% с шагом 5%, выбрать значение фазного напряжения U2, как ближайшее большее к оценочному значениюU2. После выбора трансформатора выписываются его паспортные данные: Sном,U1, U2, uk, pk.
:= 48000
Sном
U1 := 230 uk := 0.052 B
U2 := 106.4 pk := 0.029 B
3.1.4 По данным U1, U2 рассчитывается коэффициент трансформации
U2 := = 0.463
kтр U1 kтр
3.1.5 По данным Sном,U1, U2, uk, pk трансформатора рассчитываются активное, полное и индуктивное сопротивления короткого замыкания трансформатора, приведенные к вторичной обмотке и коммутационное сопротивление преобразователя:
2 U2
Rk := pk⋅⋅ Rk = 0.002 Ом
3Sном
2 U2 Zk := uk⋅ Zk = 0.012 Ом
Sном
22
Xk := Zk − Rk Xk = 0.012 Ом
Xk Xd := Xd = 0.012 Ом λ
3.1.6 Определяется максимальное значение ЭДС преобразователя при выбранном значении фазного напряжения U2
⋅ = 248.976 В
Ed0 := kсхф U2 Ed0
3.1.7 Определяется коэффициент запаса по напряжению при выбранном значении фазного напряжения U2
Ed0
k3 := Udном +ΔUn0 +(Xd + dRk)⋅Idном k3 = 1.104
Если полученное значение коэффициента запаса удовлетворяет условию kз=1,02..1,05, то трансформатор выбран правильно.
Если полученное значение коэффициента запаса не удовлетворяет
приведенному соотношению, изменить значение U2 выбором регулирующих отпаек.
Данное условие невозможно выполнить при выборе любой отпайки, необходиое значение напряжения вторичной обмотки трансформатора 100В
3.1.8 При расчете преобразователя с совместным согласованным управлением выбираются два одинаковых трансформатора по методике, изложенной в п.п. 3.1.1-3.1.7. Полученное значение коэффициента запаса по напряжению должно удовлетворять условию kз=1,05-1,1
3.2 Выбор силовых вентилей преобразователя и расчет их защитных цепей.
Тиристоры выбираются по среднему значению протекающего по ним тока и максимальному значению напряжения, прикладываемому к ним в обратном направлении.
3.2.1 Рассчитывается среднее значение тока, протекающего по тиристору при
номинальном токе нагрузки. 1
:= коэффициент загрузки вентиля по току, равный
kv 3 отношению среднего значения тока вентиля к среднему значению выпрямленного тока. Для трехфазных преобразователей kV =1/3 как при нулевой, так и при мостовой схеме включения вентилей.
⋅ = 66.667 А
Iv := Idном kv Iv
3.2.2 Определяется максимальное значение напряжения, прикладываемое к тиристору в обратном направлении
:= 
2⋅ 
3⋅U2 = 260.6 ВUmax
Umax
- Выбирается тип охлаждения тиристоров. Тиристор, работающий с естественным охлаждением, выбирается на ток, превосходящий ток
- Тиристор выбирается на напряжение, превосходящее напряжение Umax в
- По справочнику выбирается тип тиристора Т-200-6 и выписываются его основные параметры:
:= 200 А -предельный ток тиристора при заданных условиях
Imax := 600 -номинальное напряжение
Uном := 1.2 В -прямое падение напряжения
Uvs tвкл := 20 μc-время включения := 0.1 А -ток удержания
Iуд 
:= 100 В/μс -критическая скорость нарастания прямого напряжения 
:= 0.3 А -отпирающий ток управления
Iотп
3.2.6 Для защиты силовых вентилей от самопроизвольного включения при высокой скорости нарастания прямого напряжения и от перенапряжений применяют специальные защитные (снаберные) цепи. При индивидуальной защите тиристоров снаберные цепи представляют собой последовательные R-C цепи, подключаемые параллельно каждому тиристору преобразователя.
Значения активного сопротивления Rз и емкости Сз конденсатора защитной цепи выбираются из нормализированного ряда таким образом,
| чтобы выполнялись условия: | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Rз=10..100Ом; | |||||||
| Rз := 30 | Ом | ||||||
| Rн 0.02= Ом | Cз := | 10− 1 | Cз = 0.1 мΦ | ||||
| Rз Rн+( ) Cз⋅ = 3.002 | Umax 100 | = 2.606 | ( ) знз СRR ⋅+ | ( )кр max dtdu U≥ | |||
где: (du/dt)кр критическая скорость нарастания прямого прямого напряжения;
3.3 Расчет параметров цепи выпрямленного тока и выбор дросселей
В схему замещения цепи выпрямленного тока входят последовательно соединенные активное сопротивление Rd, индуктивность Ld и ЭДС нагрузки Eн.
3.3.1 Активное сопротивление цепи выпрямленного тока без учета активных сопротивлений дросселей:
+
= 0.036
Xd Rd0
Ом
Rн dRk
Rd0
⋅
:=
+
где Rн -сопротивления нагрузки; d*Rk -сопротивление, вносимое трансформатором; Xd -коммутационное сопротивление
3.3.2 Индуктивность цепи выпрямленного тока без учета индуктивностей дросселей:
Ed0 Lн
L'н := L'н = 0.0004
⋅
ωω
:= 2π ⋅ ⋅f
= 314.159
Idномω ⋅
Xk
-индуктивность К.З. трансформатора
ω
Lk :=
− 5
Lk
=
3.836
10
Гн
×
L'н
Ld0
Lk
:=
+
= 0.0004 Гн
Ld0
3.3.3 Выбор дросселя для ограничения уравнительного тока
Данный пункт выполняется лишь для преобразователей с совместным согласованным управлением. При других способах управления преобразователем следует принять индуктивность дросселя для ограничения уравнительного тока Ldу =0.
Среднее значение уравнительного тока определяется по формуле
:= 0.0010 Гн I'y := % I'y = 40 A - Iy в тех.задании
Ldy Idном⋅20
Ed0
⋅
1
π−
⋅
m tan
π
m
Iу = 36.197 A
Iу
:=
ω
⋅
(
Lk
+
)
⋅
2Ldy
Индуктивность дросселя для ограничения уравнительного тока Ldy
выбирается таким, чтобы уравнительный ток не превосходил указанного в техническом задании значения.
3.3.4 Выбор сглаживающего дросселя по уровню пульсаций выпрямленного тока
3.3.4.1 Рассчитывается действующее значение гармоники низшего порядка выпрямленного напряжения для угла управления, при котором наблюдаются наибольшие пульсации тока
Ud1 := 
2⋅Ed0⋅ m = 57.098 B
m2 + 1 Ud1
где m − число пульсаций выпрямленного напряжения за период напряжения сети
3.3.4.2 Рассчитывается амплитуда пульсаций выпрямленного тока
Rd := 0.075 Ом
:= 0.008
Ldc
Ud1
:=
Id1
= 3.608
2
Rd +mω ⋅ ⋅(Ld0 + Ldc)2 Id1
3.3.4.3 Рассчитывается коэффициент пульсаций выпрямленного тока
⋅
q1 := 5% Idном q1 = 10
Id1⋅100 qi := qi = 1.804 % Idном
Если коэффициент пульсаций выпрямленного тока превосходит заданную величину, то индуктивность цепи постоянного тока следует увеличить включением в цепь нагрузки дросселя, имеющего индуктивность Ldc (значение Ldc выбирается из нормализированного ряда).
3.3.5 Выбор сглаживающего дросселя по значению гранично-непрерывного выпрямленного тока
I'0 := % I'0 = 18 A
Idном⋅9
Ed0
⋅
1
π−
m tan
⋅
π
m
I0 = 8.789 A
I0
:=
ω⋅
(
Ld0 Ldc
)
+
Если максимальное значение гранично-непрерывного тока I0 превосходит заданную техническим заданием величину, то индуктивность дросселя Ldc в цепи выпрямленного тока следует увеличить. I0'=18.0A
3.3.6 Рассчитывается значение индуктивности цепи выпрямленного тока с учетом индуктивностей дросселей
2Ldy
⋅
3.3.6 Рассчитывается значение активного сопротивления цепи выпрямленного тока с учетом активных сопротивлений дросселей
Ld Rd0
Ld = 0.046 мГн
Ldc
:=
++
⋅
0.001ω ⋅ Ldy
Rdy
:=
= 0.0003 Ом
Rdy
⋅
0.001ω ⋅ Ldc
Rdc
= 0.003 Ом
Rdc
:=
⋅
Rd Rd0 2Rdy
Rdc Rd
=
0.039 Ом
:=
++
4. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Тиристорные преобразователи с числом пульсаций выпрямленного напряжения m=3 и 6 проектируются реверсивными и содержат два комплекта нереверсивных преобразователей и, соответственно, содержат две системы импульсно фазового управления (СИФУ). Двенадцатипульсные преобразователи (m=12) выполняются нереверсивными, но комплектуются также двумя нереверсивными преобразователями и, соответственно, содержат две системы импульсно фазового управления (СИФУ). Реверсивные преобразователи содержат систему управления реверсивным преобразователем
4.1 Требования к системе управления преобразователя
4.1.1 Система управления преобразователем должна быть реализована на операционных усилителях
- Система управления преобразователем должна обеспечивать изменение выходного напряжения преобразователя в пределах Uном > Ud > Uном при изменении управляющего напряжения u0i от Uб до Uб, при этом должно выполнятся условие: Ud=0 при u0i =0
- Базовое напряжение системы управления Uб = (0,6 0,8)Uп, где Uп -напряжение питания операционных усилителей. При любых значениях управляющего напряжения угол управления преобразователем должен принадлежать интервалу [; max] (при расчете преобразователя с совместным согласованным управлением - [ +max; max ]), где =30 50 угол запаса по углу управления; max максимальное значение угла коммутации
Uб = 10 В = 15 В e := 3
Uпит
- Амплитуда управляющего импульса должна превышать значение тока гарантированного включения тиристора не должна превышать значения допустимого тока управления тиристора.
- Длительность управляющего импульса должна быть достаточной для того, чтобы тиристор открывался при заданных параметрах цепи выпрямленного тока.
- Система управления должна быть устойчива к высокочастотным помехам
- Форма опорных напряжений СИФУ -синусоидальные.
4.1 Система импульсно-фазового управления нереверсивного тиристорного преобразователя (СИФУ)
Система импульсно-фазового управления m-пульсного нереверсивного тиристорного преобразователя является многоканальной и содержит m устройств фазового смещения управляющих импульсов (ФСУ), устройство распределения импульсов и канала формирования управляющего воздействия рис. 4.1
4.2.1 Устройство фазового смещения управляющих импульсов СИФУ (ФСУ) предназначено для фазового сдвига импульсов управления тиристорами относительно сетевого напряжения.
Импульсы канала, имеющего номер k, сдвигаются по фазе относительно точки естественной коммутации на угол управления [0,].
Величина угла управления регулируется управляющим напряжением uyi. Устройство фазового смещения управляющих импульсов СИФУ состоит из датчика сетевого напряжения (ДСН); формирователя опорного напряжения (ФОН), элемента сравнения (ЭС), формирователя импульсов (ФИ) и усилителя импульсов (УИ) рис.4.0
4.2.1.1 Датчик сетевого напряжения служит для получения информациио сетевом напряжении.
Система управления преобразователем и сетевые напряжения должны быть гальванически развязаны. В качестве датчиков сетевого напряжения используются трансформаторы или транзисторные оптопары. При синусоидальной форме опорных напряжений, как правило, применяют трансформаторную развязку. Для получения линейно изменяющихся опорных напряжений может применяться как трансформаторная, так и оптоэлектронная развязка. При трансформаторной развязке напряжение с синхронизирующего трансформатора подается на вход компаратора, реализующего знаковую функцию. Выходное напряжение компаратора принимается за выходное напряжение датчиков сетевого напряжения uS. Выходное напряжение датчиков сетевого напряжения uS подается на формирователь опорного напряжения.
4.2.1.2 Формирователь опорного напряжения
(ФОН) формирует на интервале [0,pi] монотонно возрастающее или монотонно убывающее напряжение, при этом наибольшее распространение получили линейная и синусоидальная формы опорного напряжения. В начале интервала опорное напряжение равно нулю, к концу интервала его величина достигает базового значения Uб. Пример схемной реализации ФОН приведен на .
На вход ФОН должны подаваться сигналы, синхронизированные с питающей сетью. В качестве синхронизирующего напряжения для канала с номером k выбирают напряжение сети, которое сохраняет знак на интервале , начинающемся
При положительном напряжении на входе выходное напряжение ФОН равно нулю, при отрицательных входных напряжениях происходит интегрирование входного сигнала с постоянной времени T=R1C. Постоянная времени интегрирующей цепи ФОН выбирается так, чтобы было
выполнено условие
| R1 := | 5.6 104 ⋅ Ом | R2 := | 1 10 ⋅( )4 | Ом | C1 := | 0.051 10 − 6 ⋅ | пФ | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| T := | R1 C1 ⋅ | T | = | 2.856 | × | 10− 3 | 0.8 | = | 2.546 | × | 10− 3 | |||||
| ω | ||||||||||||||||
- Элемент сравнения сравнивает опорное напряжение с напряжением управления и в момент их равенства скачком изменяет напряжение на своем выходе. Схема элемента сравнения представлена на рис 4.4
- Формирователь импульсов предназначен для формирования прямоугольных импульсов заданной длительности.
Пример схемы объединяющей формирователь и усилитель импульсов приведен на рис 4.5 . Длительность импульса должна быть больше времени нарастания тока тиристора до тока удержания Iуд. Необходимая длительность импульса должна удовлетворять условию:
⋅
2 ⋅ I L удt И = C R 1 ≥
1
ω⋅U
m
Um :=
⋅U1ф Um = 538.888
2Ld⋅
⋅ Iуд
− 8
tи := ω⋅Um tи = 5.442 × 10
3 − 9 − 6
⋅
:= 2.2 10⋅3.6⋅10 tиRC = 7.92 × 10
tиRC
3 − 9
R11 := 2.2 10Ом C11 := 3.6 10 нФ
где R11, С11 параметры элементов, входящих в состав одновибратора; L индуктивность в цепи выпрямленного тока; и Um частота сети и амплитуда
напряжения, Iуд ток удержания тиристора.R11=5кОм C11=0.36нФ
4.2.1.5 Усилитель импульса обеспечивает заданную амплитуду импульсов тока управления.
Амплитуда импульса тока управления должна удовлетворять условию:
Iу -отпирающий ток управления = Iотп = 0.3 A
β := 100 -коэффициент усиления транзистора
Uп :=15 -напряжение питания системы управления
− 9
C22 := 0.82 10
⋅
Uпит
I:= β⋅2⋅C22⋅
ymax
C11 R11 Iymax = 0.311 A
⋅
4.2.2 Устройство распределения импульсов распределяет импульсы каналов управления СИФУ по цепям управления тиристоров.
4.2.2.1 В тиристорных преобразователей с нулевой схемой включения импульсов каждый канал работает на свой тиристор. Соответствие между напряжением синхронизации и тиристором фазы в трехфазной нулевой схеме: VA - uAC; VB uBA; VC - uCB
где -uAC, uBA, uCB линейные напряжения трехфазной сети, снимаемые с датчиков напряжений; VA; VB; VC - тиристоры, включенные в фазыA,B,C. На рис 4,6 показано соответствие синхронизирующих напряжений каналов включаемых ими тиристоров
4.2.3 Канал формирования управляющего воздействия состоит из блока нормализации управляющего напряжения, блока ограничения управляющего напряжения, входной фильтра и блока линеаризации рис 4.7.
4.2.3.1 Блок нормализации управляющего напряжения обеспечивает равенство нулю выходного напряжения преобразователя при нулевом значени входного напряжения. Для этого блок нормализации сигнала управления СИФУ, который должен выполнять преобразование:
uo1 − Uб , (
uo1 := 0 0.1 .. 12 uy1 uo1) := 2
2
uy1 uo1) 1.5
(
5
0 612
uo1
4.2.3.2.Блок ограничения управляющего напряжения обеспечивает изменение управляющего напряжения в допустимых пределах. При любых значениях управляющего напряжения угол управле-ния преобразователем должен принадлежать интервалу α∈ [αmin; α max]. Для преобразователей всех преобразователей кроме преобра-зователей с совместным согласованным управлением
α∈ [ε +γ max;π –γмах–ε],
а для преобразователей с совместным согласованным управлением
α∈ [ε +γ max;π –γmax –ε]. Для этого на область изменения сигнала управления СИФУ u0i должны быть наложены ограничения
01, u02∈ [–u0min, u0max].
При линейном опорном напряжении
0min = Uб⋅ (1–αmax /π); u0max = Uб⋅ (1–αmin/π).
При синусоидальном опорном напряжении
0min= Uб⋅ cos(αmax); u0max = Uб⋅ cos(αmin).
- Входной RC-фильтр уменьшает амплитуду высокочастотных поме в составе входного напряжения, что позволяет устранить появление в каналах управления случайных импульсов. Пример технической реализации блока нормализации сигнала управления СИФ блока ограничения управляющего напряжения и фильтра приведен на рис. 4.9
- Блок линеаризации включается на входе системы управления и предназначен для линеаризации регулировочной характеристики преобразователя. Форма опорных напряжений СИФУ выбирается в соответствии с заданием на курсовое проектирование. При линейных опорных напряжениях на входе СИФ должно быть установлено звено линеаризации характеристики «вход-выход» передаточной функцией
( ⋅ ( ⋅ ( ⋅
uy1 := −10−, 9.99.. 10 ua uy) := 0.72 uy1 ub uy) := 1.8 uy1 − 9 uc uy) := 9 + 1.8 uy1 (
uo1 uy) := 2⋅ Uб ⋅asin uy1 π Uб (
(((
u0 := min 
) , max ua uy) , ub uy))
uo1 uy1)
( ua uy1)
( ub uy1)
( uc uy1)(
uy1
Пример технической реализации блока линеаризации приведен на . В проекте необходимо рациональным образом выбрать значения напряжений U1, U2, U3. в соответствии с формулами, приведенными на полях выбрать значения сопротивлений
4.3 Система управления реверсивного тиристорного преобразователя
4.3.1 Для преобразователей с согласованным управлением напряжения управления СИФУ1 и СИФУ2 u01 и u02 должны быть связаны с напряжением управления реверсивного
преобразователя u0 соотношениями:
5
Статические и динамические характеристики тиристорных преобразователей
5.1.1 Mаксимальный угол коммутации
Idном
⋅
:= acos1 − 2 Xd⋅
γmax
Ed0 = 0.193
γmax
5.1.2 Интервал изменения напряжений управления углов управления СИФУ1 и СИФУ2
π
ε := 3⋅
180 ε= 0.052 рад := π − γmax ε − = 2.897 рад
αmax αmax := ε + γmax = 0.245 рад
αmin αmin
α := (14 .. 166) град uomin := Uб⋅cos(αmax) uomin − = 9.702
-для блока ограничения упр. напряжения
uomax := Uб⋅cos(αmin) uomax = 9.702
5.1.3 Напряжение рассогласования
σ := 0 uσ := Uб⋅sin σ
() uσ= 0
5.1.4 Интервал изменения напряжений управления СИФУ1 и СИФУ2
uomin := Uб⋅cos(αmax)
uomin − = 9.702В
uomax := Uб⋅cos(αmin)
uomax = 9.702 В
uo := −15.. 15 (
uo1 uo) := if (uo > uomax + uσ, uomax, if (uo < uomin + uσ, uomin, uo − uσ))
uo2 uo) := if (uo <−uomax− uσ, uomax, if (uo >−uomin− uσ, uomin,−uo− uσ))
(
10
uo1 uo
()
0
uo2 uo
()
10
150 15 uo
5.2 Передаточная функция СИФУ тиристорного преобразователя (регулировочная характеристика СИФУ)
Передаточная функция СИФУ тиристорного реобразователя
совпадают. Поэтому строится одна зависимость.
uo1 := uomin .. uomax
α1 uo1) := acos
(
uo1
Uб
-при синусоидальном опорном напряжении
2.5
2
1.5
α1 uo1)
(
1
0.5
0
02 46810 uo1
5.3 Статическая передаточная функция силовой части тиристорного преобразователя (регулировочная характеристика силовой части)
αa := αmin ..
αmax
α := 0.1π ⋅ , 0.2π ⋅ .. 0.9π ⋅
():= Ed0⋅cos αa
Ed αa()
100
50
() 0
Ed αa
50
100
2101 23 αa
14π ⋅
Ed11 := Ed0⋅cos
180
Ed11 = 241.58
π
Ed22 := Ed0⋅cos 166 ⋅
180 Ed22 − = 241.58
uo := −10− , 9.9.. 10
uo1 uo
() := uo uo2 uo
() − := uo
5.4 Статическая передаточная функция тиристорного преобразователя (регулировочная характеристика тиристорного преобразователя)
Ed1 uo( ()))() := Ed0⋅cos(α1 uo1 uo
() := −Ed0⋅cos(α2 uo2 uoEd2 uo( ()))
300
Ed1 uo
()
05
200
100
100
200
300
uo
5.5 Переходная характеристика тиристорного преобразователя
π
⋅
ORIGIN := 1
T2
T
=
0.003
:=
ω⋅m
T := 2 t 05 T
⋅
:=
..
9
4.5
−3
−7
Ed0
k
k = 24.898 uo t
()
:=
:=
:= uo t
()
Uб uo
−t
T
−t
T
(
Ed1 uo
1
)
(
Ed1 uo
2
Ud1 t)
( 1
−
Ud2 t)
( 1
:=
:=
⋅
exp
exp
−t
T
(
Ed1 uo
3
)
−t
T
Ud3 t)
(
1
−
:=
⋅
exp
(
Ed1 uo
4
Ud4 t)
( 1
:=
exp
−
⋅
)
−
⋅
)
150
100
50
Ud1 t
() Ud2 t
() Ud3 t
() Ud4 t()
50
100
150
| 0.1 | ||||||||||
| 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | ||||||
t
5.6 Нагрузочные характеристики тиристорных преобразователей
5.6.1 Нагрузочные характеристики строятся по формуле
Id := −Idном..
Idном Udd IdEd0() := − Rd⋅
Id Udd1 Id() − := (Ed0 − Rd⋅ Id
)
Ud11 Id) := if Id > 0 , Ed1 U01) − , Ed2 U01)) − n0⋅ΔU − Rd⋅Id
( (((
Ud22 Id) := if Id > 0 , Ed1 U02) − , Ed2 U02)) − n0⋅ΔU − Rd⋅Id
( ((( Ud33 Id) := if Id > 0 , Ed1 U03) − , Ed2 U03)) − n0⋅ΔU − Rd⋅Id
( ((( Ud44 Id) := if Id > 0 , Ed1 U04) − , Ed2 U04)) − n0⋅ΔU − Rd⋅Id
( (((
() 80Ud11 IdUd22 Id
() Ud33 Id
() Ud44 Id
() Udd Id
() Udd1 Id()
80
240
200 100 0 100 200 Id
5.7 Временные диаграммы токов и напряжений
)
)
α12 α1 uo1 U02
((
:=
:=
α22
()
sin α
−
(
(
id Id α , , t ud Id α , , t
199.416
1.596·10-14
199.721
12.301199.986
24.575200.21
36.794200.395
48.931200.541
60.959200.648
72.851
=
)
(
γ Id α , = 0.02
(
()
τα, t cos α
⋅
)
=
)
)
(
)
e1 α , , t
,
)
−
λ
2
+
α +
⋅
1 2 k
α +
()
e0 α , , t
+
2
λ
2
−
λ
2 2
⋅
λ+
)
cos τα, t
(
⋅
(
e1 α , , t
,
)
−
)
t α −
floor
⋅
(
⋅
λ sin τα, t
2 sin
λ
−
λ
⋅
λ
λ Ed0 2 sin
λ
⋅
⋅
2Xd
⋅
Ed0
−
γ Id α , := acos
(
)
()
if τα, t γ Id α ,
(
<
α1 uo2 U02
)
)((
2
⋅
⋅
Ed0 ω Ld
+
τα, t :=
(
ek α , , t :=
(
)
ud Id α , , t :=
(
id Id α , , t :=
( )
)
)
α
5.7.1 при угле управления α<(π-λ)/2 Id := Idном
:= α12
t := 0 .. 2π ⋅
t α −
α −
⋅Id
()
cos α
Id
300
200
(
ud Id α , , t) (
id Id α , , t) 100
0
02 4 6 t
Id − := Idном
:= α22
α
t := 0 .. 2π ⋅
α − t α −
⋅Id 2
()
cos α
t α −
Id Ed0
50 0 50
(
ud Id α , , t)
100
(
id Id α , , t) 150 200
250
0123456 t
)
(
e0 α , , t
(
e1 α , , t
)
,
)
()
sin α
−
()
cos α
⋅
)
(
τα, t
−
λ
2
+
α +
1 2 k
α +
⋅
λ
2
+
2
−
)
λ
2
⋅
(
⋅
λ sin τα, t
ω Ld 2 sin
⋅
2
−
e1 α , , t
γ Id α ,
(
(
λ
floor
−
λ
⋅
λ
⋅
λ+
)
cos τα, t
(
⋅
λ Ed0 2 sin
λ
⋅
⋅
2Xd Ed0
⋅
−
γ Id α , := acos
(
)
ek α , , t :=
(
τα, t :=
(
)
)
,
)
⋅
<
if τα, t
)(
+
ud Id α , , t :=
(
id Id α , , t :=
(
)
)
5.7.2 Временные диаграммы при угле управления α>(π-λ)/2
5.7.2 Временные диаграммы при угле управления α>(π-λ)/2
Id:= Idном
α:= α12
t:= 0.. 2π ⋅ () := λ⋅ π − 2α ⋅ π− 2α ⋅
sα − floor
λ λ ()( ()
( ()⋅1− sα⋅τ α, t)− sα
i1Idα , , t) := Id+ Ed0⋅cosα ω⋅Ld λ 2
()λ+ sα(
i2Idα , , t) := Id+ Ed0⋅cosα
( ()⋅ sα⋅ ()−τα, t)
ω⋅Ld λ 2
π (
udIdα , , t) := ifτα, t) <γ(Idα , ), e1α , , t)+ e0α , , t), if(τα, t)− sα
( ( ( ( (())⋅sign α −, 0, e1α , , t) 2 2
idIdα , , t) := if(τα, t)< sα( (
( ( (), i1Idα , , t), i2Idα , , t))
250
200
150
(
udIdα , , t)
(
idIdα , , t) 100
50
0
0123456t
Id− := Idном
:= α22
α
(
)
e1α , , t
,
α −
π
2
⋅
)
−
)
)
)
−
) (
ifτα, t
()
(
i1Idα , , ti2Idα , , t
)
(
()
sα
τα, t
(
,
)
,
−
()
sα
τ α, t
(
+λ⋅
e0α , , t
()
+
2
,
λ
⋅
−
1
⋅ λ
⋅
e1α , , t
γ Idα ,
(
(
<
)
−π λ
ω Ld
⋅
ω Ld
⋅
()
Ed0cosα
⋅
,
floor
−
()
Ed0cosα
⋅
()
ifτα, tsα
(
(
)
<
ifτα, t
)(
idIdα , , t:=
0
(
50
)
+
Id
+
λ −π
i1Idα , , t:=
(
i2Idα , , t:=
(
⋅
λ
udIdα , , t:=
(
)
)
)
, 0
()
sα
sign
()
sα
2
2
()
sα
(
udIdα , , t)
100
(
idIdα , , t)
150
200
0123456t
2α ⋅
2α ⋅
Id
t:= 0.. 2π ⋅
()
sα
:=
Схема СИФУ трехфазного мостового преобразователя.
