Iэфф.v = = 29,64 А.
Графики зависимостей e2(wt), u0γ(wt), U0γ, i2(wt), I2γ приведены в приложении Г.
5. Расчет управляемого выпрямителя в режиме
стабилизации выходного напряжения
Управляемые выпрямители применяются для регулирования и изменения электрических режимов в промышленных электроприемниках питающихся от постоянного тока. Например, исполнительный двигатель электропривода постоянного тока, то путем изменения средневыпрямленного напряжения регулируется частота вращения ротора. При стабилизации выпрямленного напряжения достигается стабильная скорость вращения двигателя в условиях изменяющейся механической нагрузки.
Рисунок 5.1 – Структурная схема управляемого выпрямителя
В схеме выпрямителя (см. рис.2.1) диоды заменены на тиристоры и введен нулевой диод (для улучшения свойств управляемого выпрямителя). Путем изменения угла α включения тиристоров выходное напряжение управляемого выпрямителя должно поддерживаться неизменным на уровне 0,7·U0 при колебаниях фазной ЭДС e2 от E2min = 0,75·E2 до E2max = 1,1·E2 (значения E2 и U0 сохранились такими же, как в пункте 2.1).
Требования:
1. Вычертить эквивалентную схему управляемого выпрямителя (без потерь в фазах выпрямителя) с индуктивной реакцией нагрузки и с нулевым диодом.
2. Вычислить минимальное αmin и максимальный αmax значения углов включения тиристоров и максимальное значение коэффициента kП(1) пульсаций на выходе тиристорной группы.
3. Построить регулировочную характеристику выпрямителя.
4. Вычертить (соблюдая масштаб, принятый в задании №1) кривые мгновенных значений фазных ЭДС e2 и напряжения U/0α на выходе тиристорной группы при минимальном E2min и максимальном E2max значениях фазной ЭДС (отметить уровень 0,7U0 и значения αmin и αmax).
Рисунок 5.2 – Эквивалентная схема УВ с активно-индуктивной нагрузкой
Расчет качественных показателей выпрямителя
Определим критический угол включения тиристоров по формуле [1,35]:
αкр = , (5.1)
Подставляя значения, получим:
αкр = = 0 эл. град.
Определим номинальный угол включения тиристоров по формуле [1,35]:
U*0α = U0·, (5.2)
где U*0α – выходное напряжение управляемого выпрямителя,
U*0α = 0,7·U0 задано по условию;
Выразив угол включения тиристоров, получим:
αном = arcsin(-0,7·2·1+1)+π/2 = -23,58 + 90 = 66,42 эл. град.
Определим min угол включения тиристоров. Так как при αmin напряжение тоже минимальное, то U*0α = 0,7·U0/0,75. Так как αкр = 0, то αmin рассчитываем по формуле (5.2):
αmin = arcsin(-0,7·2·1/0,75+1)+π/2 = -60,07 + 90 = 29,93 эл. град.
Аналогично αmin определим αmax с учетом того, что U*0α = 0,7·U0/1,1.
αmax = arcsin(-0,7·2·1/1,1+1)+π/2 = -15,83 + 90 = 74,17 эл. град.
Определим максимальный коэффициент пульсаций на выходе тиристорной группы по формуле [1,40]:
kП(1) = ·, (5.3)
где α = αmax – соответствующий максимальной пульсации выходного
напряжения;
= · = 1,892
Определим коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя по формуле:
=·, (5.4)
где L0 – индуктивность рассеивания, L0 = 0,002 (см. пункт 4.2);
=1,892· = 1,602.
Определяем минимальное и максимальное амплитудные значения ЭДС вентильной обмотки:
E2m min = ξП·E2m, (5.5)
E2m max = ξМ·E2m, (5.6)
где ξП и ξМ – коэффициенты, характеризующие отклонение
действующего значения фазной ЭДС вентильной обмотки
трансформатора от номинального значения E2,
ξМ = 1,1 и ξП = 0,75;
E2m min = 0,75··66,61 = 70,65 В,
E2m max = 1,1··66,61 = 103,62 В.
Графики зависимостей e2(wt), u0α(wt) при минимальном E2min и максимальном E2max значениях фазной ЭДС, приведены в приложении Д.
Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя.
По зависимости (5.2) построим график регулировочной характеристики однофазного управляемого выпрямителя.
Рисунок 5.3 – Регулировочная характеристика однофазного УВ.
Принцип работы стабилизатора напряжения в автоматическом режиме
Автоматическая стабилизация напряжения на заданном уровне обеспечивается за счет введения в УВ контура отрицательной обратной связи. Сигнал обратной связи поступает с датчика напряжения ДН, с постоянным передаточным коэффициентом kgн, и воспринимается входным устройством системы управления СУ. Также на систему управления подается задающее напряжение Uα, предписывающее значение выходного напряжения U0α. В условиях изменения напряжения на вентильной обмотке от U2 min = ξП·E2ном до U2 max = ξm·E2ном выходное напряжение должно поддерживаться на уровне 0,7·U0.
Входное устройство СУ формирует сигнал рассогласования g = Uос – Uα = kgн·U0α –Uα. Этот сигнал поступает на преобразующее устройство, где подвергается интегрированию. Выходной сигнал преобразующего устройства обладает способностью накапливать сигнал рассогласования. Сигнал β(t) поступает на вход системы импульсно-фазового управления, которая входит в состав СУ, в результате чего СИФУ измеряет угол задержки включения тиристоров таким образом, чтобы сигнал рассогласования g(t) уменьшался. Процесс регулирования завершается когда g(t) достигает нулевого значения, при этом управляющий сигнал β(t) остается постоянным.
6. Определение энергетических показателей выпрямителя при различных характерах нагрузки
Требуется:
1. Выбрать тип диода и тиристора для схем выпрямителей заданий 1, 5. Определить пороговое напряжение Uпор.v и динамическое сопротивление Rgv прямой ветви ВАХ у выбранных вентилей.
2. Вычислить мощность потерь Pпот.v в вентилях за счет прохождения прямого тока и коэффициент использования K2,T вентильной обмотки трансформатора. Пояснить, какое влияние на величины Pпот.v и K2,T оказывают тип схемы и характер нагрузки.
3. Определить значение ЭДС E2, необходимой для получения заданного напряжения U0 при нагрузочном токе I0 у реального выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой. Выбрать трансформатор и двигатель постоянного тока ДПТ. Рассчитать коэффициент полезного действия такого выпрямителя.
Выбор диодов и тиристоров
Диоды и тиристоры выбираются по допустимому прямому тока Iпр.доп и амплитудному обратному напряжению Uобр.max.
Iпр.доп ≥ Iср.v / KI (6.1)
Uобр.max ≥ Umax.v / KU
где KI, KU – коэффициенты использования вентиля, KI = KU = (0,7÷0,8).
Вычислим значения Iср.v / KI и Umax.v / KU для выбора диодов, в которых Iср.v = 15 А и Umax.v = 94,2 В для заданий 1-4. Значения коэффициентов использования примем равным KI = KU = 0,75.
Iср.v / KI = 15/0,75 = 20 А,
Umax.v / KU = 94,2/0,75 = 125,6 В.
По найденным значениям выбираем силовой диод типа ВК2-25 (Д212-25-200). Параметры выбранного диода приведены в таблице 2 [1,103].
Таблица 2 – Основные параметры силового вентиля ВК2-25
|
Среднее значение номинального тока Iном, А |
Номинальное напряжение Uном, В |
Прямое падение напряжения ∆U, В |
Обратный ток при Umax, мА |
Значение интеграла , А2с при Tp-n=1400C t=10 мс |
|
25 |
200 |
0,5 |
5 |
2320 |
Аналогично вычисляем значения Iср.vs / KI и Umax.vs / KU для выбора тиристоров, в которых Iср.vs = 0,7·Iср.v = 10,5 А (так как U*0α = 0,7·U0) и Umax.vs = E2mmax = 103,62 В для задания 5.
Iср.vs / KI = 10,5/0,75 = 14 А,
Umax.vs / KU = 103,62/0,75 = 138,16 В.
По найденным значениям выбираем тиристор типа T-25 (Т212-16-200). Параметры выбранного диода приведены в таблице 3 [1,107].
Таблица 3 – Основные параметры тиристора T-25
|
Пределный ток, А |
Напряжение перкелючения, В |
Прямое падение напряжения ∆U, В (не более) |
Прямой и обратный ток утечки, мА |
Значение интеграла , А2с при Tp-n=1400C t=10 мс |
|
25(16) |
200 |
1 |
10 |
2000 |
