Выбор токоограничивающего реактора

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Выбор схемы тиристорного преобразователя

Для заданной мощности кВт, напряжения В, тока А, перегрузочной способности наиболее целесообразной схемой выпрямления является трёхфазная мостовая схема с питанием от сети переменного тока 380 В, реакторный вариант; преобразователь реверсивный по встречно-параллельной схеме с раздельным управлением вентильными группами.

При определении номинальных значений выпрямленного напряжения и тока необходимо обеспечить:

; (2.1)

,

и учесть

. (2.2)

Этим условиям отвечает тиристорный преобразователь со следующими номинальными данными:

;

,

где - перегрузочная способность тиристорного преобразователя в течение 10 с.

Этим условиям удовлетворяет тиристорный преобразователь из серии

КТЭ – 440/440 – 912 –20000 – УХЛ4 на со следующими данными:

- однодвигательный;

- реверсивный с реактором;

- исполнение типовое, ступенчатое задание скорости;

- естественное охлаждение;

- питание якоря двигателя.

Силовая схема реверсивного тиристорного преобразователя – трёхфазная мостовая. Схема РТП встречно – параллельная.

На рисунке 2.1 приведена принципиальная схема реверсивного тиристорного преобразователя, работающего на двигатель постоянного тока.

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема реверсивного тиристорного преобразователя, работающего на двигатель постоянного тока.

Выбор токоограничивающего реактора

Токоограничивающий реактор служит для ограничения скорости нарастания и величины тока короткого замыкания, уменьшения взаимного влияния работающих от общей сети преобразователей и уменьшения скорости нарастания тока в тиристорах при коммутации. При выборе реактора следует обеспечить

I_pн ≥ I_1л=0.816ּI_dн=0.816ּ440=359,04A;

U_pн ≥ U_1л ,

где I_pн – номинальный ток реактора;

I_1л - первичный линейный ток;

I_dн – номинальный ток тиристорного преобразователя;

U_pн – номинальное напряжение реактора ;

U_1л – линейное напряжение сети.

Этим условиям отвечает токоограничивающий реактор РТСТ-410 – 0,101УЗ со следующими номинальными данными:

U_рн=410 В;

I_рн=410A;

L_р=0.101 мГн;

R_p=3,8 мОм.

Максимальное значение выпрямленной ЭДС

В,

где U_2л=U_1л – линейное напряжение питающей сети.

Индуктивное сопротивление:

х_р=ω₀ּL_p=314ּ0.101ּ10^-3=31,7 мОм,

где ω₀=2πf_c – угловая частота питающей сети

2.3. Выбор тиристоров. Расчёт силового модуля

На основании номинальных данных преобразователя необходимо выбрать тиристоры, схему соединения и число вентилей в плече.

Для трехфазной мостовой схемы выпрямления при I_dн=440А и выбирается тиристор Т133-400-9-43УХЛ. Тиристоры серии Т допускают эксплуатацию при температуре окружающей среды от –60^о до +125^оС.

Параметры тиристора приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1.

Параметры тиристора Т – 133 – 400-9-43УХЛ

Неповторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии	1008 В
Повторяющееся импульсное обратное напряжение	900 В
Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии	900 В
Критическая скорость нарастания напряжения	200 В/мкс
Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии при f=50Гц, 180,tk=85C	440 А
Максимально допустимый прямой импульсный ток управления	10 А
Время отключения	160 мкс
Максимально допустимый действующий ток в открытом состоянии при f=50Гц, 180,tk=85C	1030 А

Число параллельно включенных тиристоров в плече определяется

где m=3 – число фаз питающей сети;

к₁=0.9 – коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки параллельно включённых тиристоров;

к₂=0.9 – коэффициент, учитывающий неравномерную длительность включения тиристоров;

к₃ – коэффициент, учитывающий условия охлаждения тиристоров;

к₃=0.35 – для естественного охлаждения.

Принимается один тиристор в плече.

Число последовательно включенных тиристоров в плече

,

где - максимальное обратное напряжение на тиристоре,

В;

- коэффициент запаса по напряжению;

В – номинальное напряжение тиристора (соответствует классу тиристора).

По результатам расчета принимается один тиристор.

Так как число параллельно и последовательно включенных тиристоров принято равным единице, то нет необходимости в установке индуктивных делителей тока и делителей напряжения.

Вентильная часть реверсивного тиристорного преобразо­вателя представлена на рис. 2.3. Здесь тиристоры выпрямитель­ных мостов ВМ1 и ВМ2 включены встречно, защищаются от коммутационных перенапряжений общей R-C цепочкой ( снабер).

Импульсный узел построен на базе импульсного транс­форматора Т1, конец вторичной обмотки которого подсоединен к управляющему электроду и катоду тиристора. Во вторичной об­мотке установлен светодиод VD2, определяющий требуемую по­лярность отпирающего импульса на тиристоре; к концам вторичной обмотки присоединена цепь из параллельно соединенных диода VD1, резистора R1 и конденсатора С1, осуществляющая шунтиро­вание импульса обратной полярности и повышение помехозащи­щенности цепи управляющего перехода тиристора.

Цепь,состоящая из светодиода СД и резистора R2 сигнализирует о состоянии цепи управляющий электрод – катод тиристора.

Рисунок 2.3. Вентильная часть реверсивного тиристорного преобразователя, импульсный узел тиристора

2.4. Расчёт индуктивности и выбор сглаживающего дросселя

В тиристорном электроприводе дроссели служат для уменьшения зоны прерывистых токов, сглаживания пульсаций выпрямленного тока; для ограничения скорости нарастания тока и величины тока при аварийных режимах работы.

Сглаживающий дроссель включается последовательно с якорем двигателя и его индуктивность рассчитывается следующим образом.

Критическая индуктивность силовой цепи из условия сглаживания пульсаций выпрямленного тока

мГн,

где Е_dнм=0.245Е_d0 – амплитуда основной гармонической выпрямленной ЭДС n-го порядка;

а_в=2 – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления;

m=3 – число фаз питающей сети;

f=50 – частота питающей сети;

принятая величина действующего значения основной гармоники переменной составляющей выпрямленного тока;

I_н=350 А – номинальный ток якоря.

Критическая индуктивность силовой цепи из условий ликвидации прерывистого режима на холостом ходу двигателя (принят А)

где ω_н= - угловая частота вращения якоря;

;

Ом.

Из двух значений критической индуктивности выбирается большее, и определяем требуемую индуктивность сглаживающего дросселя

мГн,

где мГн – индуктивность обмотки якоря,

где р=2 –число пар полюсов двигателя.

Так как L_сд<0 , то сглаживающий дроссель не требуется.

В результате вычисления индуктивности силового дросселя, она получилась отрицательной L_сд<0. Следовательно, индуктивности якоря достаточно для сглаживания пульсаций якорного тока и устранения режима прерывистого тока на холостом ходу. Поэтому установка сглаживающего дросселя необязательна.

2.5.Выбор СИФУ

Система импульсно – фазового управления (СИФУ) предназначена для преобразования выходного напряжения системы управления в последовательность подаваемых на тиристоры отпирающих импульсов, момент формирования которых смещён относительно моментов естественных открывания тиристоров на угол α, зависящий от значения .

Схема СИФУ электропривода серии КТЭ приведена на рисунке 2.3

На рисунке 2.3 U_R – напряжение с выхода регулятора тока; U₀ – напряжение, соответствующее начальному углу согласования; Uу – напряжение управления на выходе ячейки согласования №122; Uзi – сигнал задания регулятора тока; τi = 0 – сигнал бестоковой паузы; 1А – анодная группа тиристоров моста TM1; 2А – катодная группа тиристоров моста ТМ2; K1-1, K1-2 – ключи запрета импульсов СИФУ мостов ТМ1 и ТМ2 соответственно; К2-1, К2-2 – ключи запрета импульсов ВК мостов ТМ1 и ТМ2 соответственно; №121 – ячейка усилителей № 121; №102 – ячейка фильтров №102; №122 – ячейка согласования №122 ; №123 – ячейка каналов

Рисунок 2.3 – Схема функциональная системы управления реверсивных электроприводов КТЭ

фазового управления №123; №702 – ячейка питания №702; №704 – ячейка питания №704; №700 – ячейка контроля питания №700; №125 – ячейка раздельного управления №125; №118 – ячейка формирователей №118; S120А – блок импульсного устройства S120А; S119В – блок датчиков состояния вентилей S119В.

Ячейка согласования №122 формирует аналоговый сигнал с выхода регулятора тока, величина которого определяет фазу управляющих импульсов, формирующихся в ячейке №123. Здесь же происходит ограничение аналогового сигнала, соответствующее заданию угла регулирования α_max и α_min, а также уставка начального угла согласования (от 60 до 130˚ ). По сигналу системы защиты и сигнализации (СЗС) в ячейке формируется сигнал, соответствующий максимальному углу регулирования.

В ячейке №123 формируются импульсы управления длительностью (0,54 ± 0,1) мс (8 эл. град). Основными элементами данной ячейки являются три гибридные интегральные схемы ДК-I, каждая из которых представляет собой двухканальное фазосмещающее устройство для управления тиристорами каждой фазы.

Система раздельного управления РУ обеспечивает надёжное отключение ранее работающего моста, формирование качественных переходных процессов и устойчивую работу выпрямителя в режиме прерывистых токов во всём диапазоне изменения выпрямленного напряжения. Система раздельного управления реверсивными тиристорными преобразователями состоит из логического переключающего устройства (ЛПУ) и датчиков состояния тиристоров. ЛПУ выполнено в ячейке раздельного управления №125. На вход ЛПУ подаётся сигнал задания по току Uзi с выхода регулятора скорости системы регулирования. При положительной полярности Uзi происходит включение моста ТМ I («Вперёд»), при отрицательной – включается мост ТМ 2 («Назад»)

Для управления тиристорным преобразователем выбирается многоканальная синхронная система с линейным опорным напряжением (пилообразное) и вертикальным принципом управления.

Принцип вертикального управления состоит в том, что на входе формирователя импульсов производится сравнение переменного (опорного) развёртывающего периодического напряжения, синхронного с напряжением сети питания преобразователя, и сигнала управления – регулируемого постоянного напряжения.

Система управления ТП состоит:

- система СИФУ;

- выходных каскадов ВК;

- гальванической развязки ГР;

- системы раздельного управления РУ;

- системы питания;

- системы контроля.

Конструктивно система управления выполнена в виде выемных ячеек, кассет, блоков и плат.

Расчёт фазовых характеристик СИФУ реверсивного тиристорного преобразователя с пилообразным опорным напряжением производится по формуле

, (2.4)

B,

где - начальный угол согласования характеристик, принимается 95˚,

- максимальное значение опорного напряжения СИФУ.

Максимальное значение угла регулирования

,

где γ – угол коммутации при I_dmax

δ – угол восстановления запирающих свойств тиристора,

,

где - время выключения тиристора T16-320;

∆α = 3° - допустимая асимметрия импульсов.

Угол коммутации

где α_н – номинальный угол, соответствующий номинальному режиму работы двигателя

По приведённому уравнению рассчитаны фазовые характеристики выпрямительных мостов групп «Вперёд» и «Назад», данные расчёта приведены в таблице 2.4. Фазовые характеристики реверсивного тиристорного преобразователя приведены на рисунке 2.4.

Таблица 2.4 - Фазовые и регулировочные характеристики СИФУ и реверсивного тиристорного преобразователя.

Рисунок 2.4– Фазовые характеристики тиристорного преобразователя