Задание к расчетно-графической работе № 2

Задание № 1

Заданы ток I_н и напряжение U_н нагрузки выпрямительной установки (двигателя, дуги, электролизера и т. д.). Рассчитать параметры выпрямителя: параметры силового трансформатора, выбрать вентили (тиристоры), рассчитать индуктивность сглаживающего фильтра. Варианты задания №1 выбираются по таблицам 3 и 4.

Таблица 3 – Схема выпрямителя

Начальная буква фамилии	А,Б,Д,Е, Ч,Я	В,Г,Ж,З, И,Л	К,М,О,Ш, Ю	Н,П,Р,Т, У,Ф	С,Х,Ц,Э, Щ,
Схема выпрямления	Однофазная двухполупе-риодная (нулевая)	Однофаз-ная мостовая	Трехфаз-ная нулевая	Трехфаз-ная мостовая	Трехфазная с уравни-тельным дросселем

Таблица 4 – Параметры нагрузки

Последняя цифра № зачетной книжки
Напряжение Uн , В
Ток Iн ,А

Методические указания к заданию № 1

Принимая среднее значение выпрямленного тока и напряжения при идеальных вентилях и трансформаторах I_d = I_н, U_d = U_н, по таблице 5 определяем К_сх.U и К_сх.I и затем величину идеального фазного напряжения U_{2 ид} и тока I_{2 ид} вторичной обмотки трансформатора.

;

.

Учитывая возможные колебания напряжения в сети, неполное раскрытие вентилей и падение напряжения в обмотках трансформатора вводятся коэффициенты запаса

К_сети = 1,05¸1,1; К_a = 1,05¸1,1; К_DU = 1,05¸1,1,

тогда реальное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора равно

.

Таблица 5 – Соотношения между токами и напряжениями в выпрямителях

Схемы выпрямления	Зависимость Ud от угла регулирования в непрерывном режиме	Ud0 U2ф = Ксх.U	Uобм. Ud0 = Kcx.об.	Ia Id = Kcx.a	Iа дей Id = Kcx.дей	I2 Id = Kcx.I	Sтр Pd = Kтип	Кпул %	I1 I2 = Kc
Однофазная двухполупе-риодная (нулевая)	Ud = Ud0 cosα	0,9	3,14	0,5	0,785 0,71	0,785 0,71	1,48 1,34
Однофазная мостовая	Ud = Ud0 cosα	0,9	1,57	0,5	0,785 0,71	1,11 1,0	1,23 1,11		0,4
Трехфазная нулевая	Ud = Ud0 cosα	1,17	2,09	0,33	0,585 0,577	0,585 0,577	1,37 1.35		0,4
Трехфазная мостовая	Ud = Ud0 cosα	2,34	1,05	0.33	0,577	0,817	1,05		0,4
Трехфазная с уравнитель-ным дросселем	Ud = Ud0 cosα	1,17	2,09	0,16	0,29	0,29	1,26		0,4

Для тока вводится только один коэффициент запаса К_i=1,05¸1,1, учитывающий отклонение формы анодного тока вентиля от прямоугольной, и тогда

.

Принимая питающее напряжение сети равным U₁ = U_с = 220 или 380 В, определяем коэффициент трансформации трансформатора

и ток в первичной обмотке трансформатора

,

где К_с – определяется из таблицы 5.

Расчетная (типовая) мощность трансформатора определяется по уравнению

,

где К_тип определяется из таблицы 5 (для дуговых нагрузок и электролитических ванн – по числителю, а для двигателей – по знаменателю);

.

На основании полученных значений выбираются номинальные параметры трансформатора по выражениям

S _{н тр} ³ S_тр; U_{2ф н} ³ U_2ф; I_{2 н} ³ I₂; U_1н ³ U_с.

Учитывая возможные увеличения тока в переходных режимах в 2,0-2,5 раза, принимаем

,

далее по таблице 5 определяем К_сх.а и по нему среднее значение тока через вентиль (тиристор)

.

По значению I_a выбираем вентиль (тиристор) в соответствии с условием (где I_в – ток вентиля, выбранный из справочника, округляется до ближайшего большего).

Выбранный вентиль (тиристор) проверяем на возможность его работы при естественном воздушном охлаждении со стандартным радиатором в нормальном рабочем режиме. Для этого по таблице 5 в зависимости от схемы определяем К_{сх дей} и по нему

.

При этом выбранный вентиль (тиристор) должен удовлетворять следующее условие:

,

где – коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения вентиля. Если указанное условие не соблюдается, то необходимо использовать принудительное охлаждение вентиля.

Для выбора вентиля по напряжению необходимо определить максимальное обратное напряжение

,

где – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможные повышения напряжения в сети и периодические броски напряжения при коммутации вентилей,

К_{сх. об} – определяется по таблице 5.

Рассчитанная величина U_обр.max, округляется до ближайшего большего, делится на 100, и к ней прибавляется единица. Полученное таким образом число определяет класс вентиля (тиристора).

Индуктивный фильтр применяют в тех случаях, когда требуется обеспечить непрерывность тока в цепи нагрузки и благоприятный режим работы выпрямителя.

Для вариантов с трехфазными выпрямителями выбрать индуктивный фильтр из условия обеспечения непрерывного минимального значения тока в цепи нагрузки , получаемого за счет изменения угла управления a.

Индуктивность сглаживающего фильтра должна определяться с учетом индуктивности всей цепи выпрямителя, включающей индуктивность нагрузки, трансформатора и самого преобразователя. Для простоты вычисления можно принять

, Гн,

где – угловая частота сети;

k_гр – коэффициент, зависящий от угла регулирования a и числа пульсаций (фаз) выпрямителя m. В расчетах для m = 3 принять k_гр = 0,4, а для m = 6 принять k_гр = 0,1.

Для вариантов с однофазной нагрузкой величину индуктивности фильтра определить, исходя из условий эксплуатации потребителей, так, например, для анодных цепей электроннолучевых трубок допускается коэффициент пульсации на нагрузке , а для мощных усилителей низкой частоты k_п(1) » 0,03 (принять произвольно), тогда

, Гн,

где , Ом – сопротивление нагрузки.

Задание № 2

Установка индукционного нагрева с параметрами в соответствии с вариантом по таблице 6 питается от тиристорного инвертора постоянного тока (резонансного) с параллельно-компенсированной нагрузкой и подключенного через выпрямитель мостовой схемы к сети с частотой 50 Гц. Рассчитать и выбрать параметры инвертора.

Таблица 6 – Параметры установки индукционного нагрева

Номер варианта (сумма 2-х послед-них цифр зачетки)	Тип установки	Рн, кВт	Uн, В	fр, Гц	Коэффициент затухания, δ/ω0
	ИЗ1-30/8				0,1
	ИЗ1-50/8				0,3
	ИЗ1-100/2.4				0,2
	ИЗ2-100/8				0,1
	ИЗ1-150/2.4				0,1
	ИЗ1-200/2.4				0,3
	ИЗ2-200/8				0,3
	КИН-150/10				0,2
	КИН-150/2.4				0,2
	КИН-250/24				0,1
	КИН-500/1				0,3
	КИН-750/2.4				0,2
	КИН-1500/1				0,2
	ИНМ-50П-15/50НБ				0,1
	ИНМ-75П-19/60 НБ				0,3
	ИНМ-75П-40/100 НБ				0,3
	ИНМ-100П-35/85 НБ				0,2
	ИНМ-100П-31/100 НБ				0,1

Методические указания к заданию 2

При питании инвертора от выпрямителя, непосредственно подключенного к сети и выполненного по мостовой схеме, входное напряжение равно

, В,

где К_сх.U – коэффициент схемы, определяемый по таблице 5, и для сети 220 В равен К_сх.U = 0,9 , а для сети 380 В равен К_сх.U =2,34 .

Ток на входе инвертора определяется по уравнению

, А.

Принимая время выключения тиристоров инвертора t_а = 10 мкс, определим схемное время выключения

,

где – коэффициент запаса.

Имея схемное время выключения t_h и рабочую частоту инвертора f_p, определим амплитуду напряжения на нагрузке

, В

и по ней рабочее напряжение на индукторе

, В.

По значениям t_h и d/w₀ находим по кривым рисунка 3 отношение f_p /f_o, а затем по уравнению определяем индуктивность индуктора

, мкГн.

По справочнику выбирают индуктивность индуктора.

Емкость конденсатора С, обеспечивающего энергию, необходимую для коммутации тиристоров, определяем по уравнению

, мкФ.

По справочнику выбирают емкость индуктора.

Рисунок 3 – Зависимость относительного времени t_h, предоставляемого для включения тиристоров, от соотношения частот f_p /f₀ и от относительного затухания δ/ ω₀ (при f_p = const)