Методические указания посвящены описанию проектирования управляемого выпрямителя, питающего двигатель постоянного тока, которое можно рассматривать как пример для выполнения курсового проекта или его части




Скачать 92.79 Kb.
НазваниеМетодические указания посвящены описанию проектирования управляемого выпрямителя, питающего двигатель постоянного тока, которое можно рассматривать как пример для выполнения курсового проекта или его части
Дата публикации04.07.2013
Размер92.79 Kb.
ТипМетодические указания
zadocs.ru > Химия > Методические указания

Введение


Методические указания посвящены описанию проектирования управляемого выпрямителя, питающего двигатель постоянного тока, которое можно рассматривать как пример для выполнения курсового проекта или его части.

Эвристический по сути этап выбора схемы выпрямителя основан на знании свойств базовых схем выпрямления. Расчетный этап по определению параметров элементов схемы основывается на полученных в лекциях теоретических соотношениях. Результаты расчета могут быть проверены математическим моделированием трехфазной мостовой схемы спроектированного выпрямителя .

Задание. Необходимо спроектировать выпрямитель для обес­печения пуска двигателя постоянного тока типа П2 с током не бо­лее номинального тока якоря и обеспечить длительную работу с номинальным моментом (током) при номинальной скорости вра­щения с постоянным потоком возбуждения. Параметры двигателя: Рн= 100 кВт, (Uя.ном = 440 В, nн = 1000 об/мин. Допустимые пульса­ции тока якоря не более 7 % Idн. Обмотка возбуждения Uв = 220 В.

Требуется определить параметры сетевого трансформатора, параметры вентилей выпрямителей якорной цепи и обмотки возбуждения, параметры сглаживающих реакторов выпрямителей.

Ограничивающее требование: входной коэффициент мощности выпрямителя в номинальном режиме должен быть не ниже 0,8. Трехфазная питающая сеть 220/380 В с доступной нейтралью. Мощность короткого замыкания сети в узле присоединения преоб­разователя SK3 = 5 000 кВАр, т.е. K = 50.

Проектирование нового выпрямителя включает два качественно различных этапа:

этап структурного синтеза, на котором определяется струк­тура (принципиальная схема) выпрямителя;

этап параметрического синтеза, на котором рассчитываются параметры элементов выбранной структуры (принципиальной схемы) выпрямителя.

^ 4.1. ВЫБОР СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЯ (ЭТАП СТРУКТУРНОГО СИНТЕЗА)
Формальных (математических) методов синтеза структур вен­тильных преобразователей по требованию задания в силовой элек­тронике пока нет, хотя исследования в этом направлении прово­дятся [19, 49] (см. также разд. 13.3). Поэтому процедура синтеза схемы выпрямителя сводится к выбору из множества известных на основании знания их свойств. Таким образом, необходима база данных по схемам выпрямителей. В тех случаях, когда не удается выбрать подходящую схему выпрямителя из числа известных, по­требуется или изобретение новой схемы, или корректировка зада­ния на проектирование выпрямителя.

По результатам анализа базовых схем выпрямителей однофаз­ного и трехфазного напряжений составлена сводная таблица. Вви­ду многомерности вектора свойств каждой схемы, образованного параметрами колонок таблицы, выбор схемы при проектировании нового выпрямителя с требуемыми выходными параметрами по­тенциально неоднозначен и для молодого специалиста обычно за­труднителен. Поэтому ниже дан пример алгоритма выбора схемы выпрямителя исходя из трех заданных параметров выхода выпря­мителя (Рd0, Udo, Id) с учетом в векторе свойств схемы только двух: использования типовой мощности трансформатора и использова­ния вентилей по обратному напряжению. При этом предполагает­ся, что в распоряжении проектировщика имеются вентили с мак­симальным значением обратного напряжения (до 1000... 1500 В), а коэффициент запаса по напряжению вентилей при проектирова­нии равен 1,5...2. Несмотря на всю условность этого алгоритма, он будет полезен как возможный образец подхода до тех пор, пока V проектировщика не появится собственный опыт.






В соответствии с заданием на проектирование и алгоритмом выбора схемы выпрямителя по рис. 4.1.1 наш выпрямитель должен быть трехфазным (Рd0 = 100 кВт) и двухполупериодным (мостовая схема), так как требуется достаточно высокое выпрямленное на­пряжение.

В общем случае решение подобных задач принятия решений можно формализовать, создав в виде программы для ЭВМ соот­ветствующую экспертную систему, основанную на базе знаний по силовой электроники.

Выпрямитель обмотки возбуждения также трехфазный, но в связи с невысоким значением выпрямленного напряжения может быть выполнен по однополупериодной схеме. Поскольку коэффи­циенты преобразования по напряжению выбранных схем выпря­мителей различаются в два раза и их требуемые выпрямленные напряжения также различаются в два раза, возможен вариант пи­тания обеих схем от одной системы вторичных обмоток трансфор­матора. А с учетом того, что КТ трансформатора больше единицы, но близок к ней (понижающий трансформатор), возможен вариант питания выпрямителей непосредственно от сети (без трансформа­тора выпрямителя).

Таким образом, для проектировщика здесь имеются три аль­тернативных решения и по результатам расчета надо выбрать одно, что потребует привлечения дополнительных предпочтений лицом, принимающим решение, если проектировщик и он являются раз­ными лицами.
^ 4.2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ (ЭТАП ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА)
Расчет выпрямителя для якорной цепи с учетом реальных пара­метров элементов схемы на базе результатов, приведенных в гл. 3, требует знания параметров элементов. Расчет выпрямителя на иде­альных элементах на базе результатов гл. 2 не требует знания па­раметров реальных элементов. Поэтому проектировать выпрями­тель приходится в два этапа. На первом этапе на основании резуль­татов, приведенных в гл. 2, оценивают тип элементов для идеаль­ного выпрямителя и для этих элементов по справочникам находят их реальные параметры. На втором этапе делают корректирующий расчет выпрямителя с учетом реальных параметров элементов на основании результатов гл. 3.
^ 4.2.1. ОЦЕНКА ЭЛЕМЕНТОВ ИДЕАЛЬНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ
Напряжение питающей сети определено стандартом [44] на ка­чество электрической энергии. Его максимальное отклонение от номинала может достигать ± 10%. Поэтому необходимо обеспе­чить номинальное выпрямленное напряжение и при минимально возможном напряжении сети. При этом угол регулирования в выпрямителе рационально иметь равным нулю. Тогда по (2.1.8). учитывая, что , имеем

В,

полагая, что обмотки трансформатора будут соединены по схеме звезда - звезда и коэффициент трансформации входного транс­форматора



Опираясь на соотношения из п. 2.8, находим и все остальные расчетные величины.

Среднее значение выпрямленного тока

А

Среднее значение анодного тока вентиля

А

Действующее значение анодного тока вентиля

А
Выбираем тиристор по среднему значению анодного тока с уче­том того, что коэффициент амплитуды Кa = 3. Это тиристор Т9-100, имеющий следующие параметры: Rдин = 0,002 Ом, = 1,3 В [25, 26]. Класс вентиля по напряжению определим после уточне­ния максимального обратного напряжения на вентиле.

Действующее значение вторичного тока трансформатора

А

Действующее значение первичного тока трансформатора

А

Типовая мощность трансформатора определится с учетом того, что напряжение сети может быть больше номинального:

кВА

Согласно справочным данным, содержащимся в [25, 26], для трансформатора ближайшей большей мощности типа ТСП-160 имеем следующие параметры:

кВт, кВт, %

Если по коэффициенту трансформации КТ готовый промыш­ленный трансформатор не подходит, то потребуются проектирова­ние и изготовление трансформатора, который будет иметь при­мерно те же значения интересующих нас параметров. Поэтому че­рез эти параметры трансформатора определим нужные нам пара­метры элементов Т-образной схемы замещения трансформатора.

Модуль полного сопротивления короткого замыкания транс­форматора

Ом

Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведен­ное к первичной стороне:

Ом

Реактивное сопротивление рассеивания обмоток трансформато­ра, приведенное к первичной стороне:

Ом

Тогда то же сопротивление, приведенное ко вторичным обмот­кам трансформатора и называемое уже анодным сопротивлением , будет равно

Ом, Гн

Осталось оценить параметры реального сглаживающего реак­тора с индуктивностью , расчет которого делается для наихуд­шего по качеству выпрямленного тока режима с максимально воз­можным углом регулирования . Этот угол появится при работе выпрямителя с максимальным напряжением в сети и будет опре­деляться из регулировочной характеристики выпрямителя



Тогда

,

Коэффициент пульсаций выпрямленного тока задан не хуже 0,07:

, А

где - амплитуда первой гармоники пульсаций выпрямленного тока, являющейся в шестипульсном выпрямителе шестой гармо­никой по отношению к частоте напряжения питающей сети. Эта гармоника в токе определяется через шестую гармонику в вы­прямленном напряжении, которая в соответствии с (3.7.4) при максимальном напряжении сети, равном 242 В, будет В.

Требуемая суммарная индуктивность контура выпрямленного тока

Гн

отсюда индуктивность сглаживающего реактора

Гн

По справочнику [26, 37] подбираем подходящий сглаживаю­щий реактор на ток не менее 225 А. Это реактор типа ФРОС-250. У него активное сопротивление обмотки Ом при индук­тивности Гн.

Теперь можно скорректировать расчет выпрямителя с учетом реальных параметров элементов.

^ 4.2.2. РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЯ С УЧЕТОМ РЕАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ
Наличие реальных элементов приводит к появлению при на­грузке выпрямителя потерь напряжения внутри выпрямителя AU, что требует завышения напряжения холостого хода выпрямителя, которое в соответствии с обобщенным уравнением внешней ха­рактеристики (3.1.14) равно (при минимальном напряжении сети)



В
Внутри выпрямителя теряется напряжение :

В

Тогда соответствующее ему действующее значение вторичного напряжения трансформатора при минимальном напряжении сети

В

и коэффициент трансформации



Отсюда видно, что теперь бестрансформаторный вариант выпрямителя обеспечит возможность сохранения напряжения на нагрузке при снижении напряжения сети только на 7 %, что соот­ветствует снижению напряжения в пределах нормы (±5 %) по ГОСТ 13109-97 [44]. При максимально допустимом снижении на­пряжения в сети на 10 % напряжение на нагрузке снизится от номинального в этом случае приблизительно на 3 %. Это «плата» за экономию на входном трансформаторе, если его не использовать.

Типовая мощность трансформатора останется прежней, если не учитывать влияние коммутации на нее. Для оценки этого влияния по (3.1.7) найдем сначала угол коммутации у для случая макси­мального напряжения в сети:


Типовая мощность трансформатора с учетом поправок на ком­мутацию в соответствии с (3.9.4) изменяется мало и может не учи­тываться.

Теперь можно определить параметры вентилей по обратном} напряжению, которое может достигать при максимальном напря­жении сети следующего значения:

В

С учетом возможных импульсных перенапряжений внутри вы­прямителя и в сети выбирают вентиль с коэффициентом запаса по напряжению 1,5...2. В итоге это будет вентиль Т9-100 не ниже 10-го класса. Класс вентиля, умноженный на 100, определяет мак­симально допустимое прямое и обратное напряжения на нем.

Уменьшение КТ приведет к корректировке максимального зна­чения угла регулирования :


Шестая гармоника выпрямленного напряжения теперь должна определяться с учетом появившегося угла коммутации у [8] и будет вместо 102 В равна

В

Пропорционально на 30 % увеличится и индуктивность сглажи­вающего реактора Ld.

Осталось проверить ограничение задания на входной коэффи­циент мощности. Для этого необходимо знать активную мощность на входе выпрямителя с учетом ее потерь внутри выпрямителя. Потери мощности в трансформаторе будут равны

кВт

Потери активной мощности в вентилях

кВт

Потери активной мощности в сглаживающем реакторе

кВт

Общие потери мощности внутри выпрямителя

кВт

Тогда входной коэффициент мощности выпрямителя при номи­нальном значении напряжения сети будет равен

,

а при максимальном напряжении сети

,

т. е. выше, чем заданное ограничение.

При номинальном напряжении сети КПД выпрямителя опреде­ляется по формуле



Таким образом, спроектированный выпрямитель удовлетворяет всем требованиям задания.

Теперь осталось проверить, удовлетворяет ли выпрямитель тре­бованиям ГОСТ 13109-97 по вносимому искажению напряжения сети в узле присоединения. По соотношению (3.12.7) определяется коэффициент гармоник напряжения узла сети, обусловленный неси­нусоидальностью входного тока выпрямителя. Дифференциальный коэффициент гармоник первого порядка входного тока выпрямителя при (при В, ) по (3.9.8) равен



так как



Тогда коэффициент гармоник напряжения сети, в ГОСТ 13109-9" называемый коэффициентом несинусоидальности, будет равен

,

что допустимо по этому стандарту.

По найденным параметрам элементов схемы можно оценить массогабаритные показатели спроектированного выпрямителя по удельным показателям массы и габаритов элементов (см. п. 1.1.2).
Аналогично рассчитывается и выпрямитель обмотки возбуж­дения электрического двигателя.


Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Методические указания посвящены описанию проектирования управляемого выпрямителя, питающего двигатель постоянного тока, которое можно рассматривать как пример для выполнения курсового проекта или его части iconМетодические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Электропривод»
Методические указания предназначены для выполнения студентами очной и заочной формы обучения (специальность 311400 Электрификация...

Методические указания посвящены описанию проектирования управляемого выпрямителя, питающего двигатель постоянного тока, которое можно рассматривать как пример для выполнения курсового проекта или его части iconМетодические указания по выполнению курсового проекта. Программой дисциплины «Экономика отрасли»
Методические указания предназначены для оказания помощи студентам при выполнении курсового проекта по дисциплине «Экономика отрасли»...

Методические указания посвящены описанию проектирования управляемого выпрямителя, питающего двигатель постоянного тока, которое можно рассматривать как пример для выполнения курсового проекта или его части iconЗадание и методические указания на курсовой проект
Методические указания предназначены для выполнения курсового проекта по дисциплине «Экономика эксплуатационной работы» для студентов,...

Методические указания посвящены описанию проектирования управляемого выпрямителя, питающего двигатель постоянного тока, которое можно рассматривать как пример для выполнения курсового проекта или его части iconМетодические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине...
Методические указания составлены для студентов специальности 270115 (291500) «Экспертиза и управление недвижимостью» и предназначены...

Методические указания посвящены описанию проектирования управляемого выпрямителя, питающего двигатель постоянного тока, которое можно рассматривать как пример для выполнения курсового проекта или его части iconМетодические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине
Методические указания содержат рекомендации к содержанию и оформлению курсового проекта по дисциплине «Защита информации автоматизированных...

Методические указания посвящены описанию проектирования управляемого выпрямителя, питающего двигатель постоянного тока, которое можно рассматривать как пример для выполнения курсового проекта или его части iconМетодические указания к выполнению курсового проекта для студентов...
Целью курсового проектирования является расширение теоретических и закрепление практических знаний, полученных в ходе практических,...

Методические указания посвящены описанию проектирования управляемого выпрямителя, питающего двигатель постоянного тока, которое можно рассматривать как пример для выполнения курсового проекта или его части iconМетодические указания к выполнению курсового проекта «Многоэтажное жилое здание»
Методические указания к выполнению курсового проекта «Многоэтажное жилое здание» по дисциплине «Проектирование зданий и основы градостроительства»...

Методические указания посвящены описанию проектирования управляемого выпрямителя, питающего двигатель постоянного тока, которое можно рассматривать как пример для выполнения курсового проекта или его части iconДля чего служат главные и дополнительные полюса в машинах постоянного тока?
Как построить характеристику холостого хода генератора постоянного тока независимого возбуждения?

Методические указания посвящены описанию проектирования управляемого выпрямителя, питающего двигатель постоянного тока, которое можно рассматривать как пример для выполнения курсового проекта или его части iconМетодические указания к выполнению курсового проекта (работы) по дисциплине «Маркетинг»
Анализ и оценка товарного рынка: методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Маркетинг»/ Т. Е. Дашкова. Екатеринбург:...

Методические указания посвящены описанию проектирования управляемого выпрямителя, питающего двигатель постоянного тока, которое можно рассматривать как пример для выполнения курсового проекта или его части iconМетодические указания по выполнению и защите курсового проекта для...
Машины и оборудование: методические указания по выполнению и защите курсового проекта для студентов экономических специальностей/...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов