Задача 1 - ReshimNa5.ru

Задача 1
Для реверсивной встречно-параллельной схемы управляемого тиристорного
выпрямителя, работающего на активно-индуктивную нагрузку, рассчитать: среднее
значение тока вентиля; действующее значение фазного тока первичных и вторичных
обмоток силового трансформатора; действующее значение фазной ЭДС вторичных
обмоток силового трансформатора; максимальное напряжение на вентиле; типовую
мощность силового трансформатора.
Для заданного угла управления тиристорами одной из вентильных групп построить
кривые: мгновенных значений токов вентилей и одной из фаз вторичной и первичной
обмоток силового трансформатора; выпрямленной ЭДС на выходных зажимах
выпрямителя, к которым подключается цепочка из последовательно включенных
индуктивности и активного сопротивления нагрузки; выпрямленного тока нагрузки.
На этом же рисунке указать передний фронт импульса управления одним из
тиристоров и построить кривую опорного напряжения для одного из каналов системы
импульсно-фазового управления тиристорами.
Для пяти произвольных значений угла управления тиристорами одной из
вентильных групп, охватывающих области выпрямительного и инверторного режимов,
построить внешние характеристики выпрямителя.
Для трёх произвольных значений тока нагрузки, не превышающих двукратное
номинальное среднее значение выпрямленного тока, построить характеристики
управления силовой части выпрямителя. В числе этих характеристик должна быть и
регулировочная характеристика выпрямителя, то есть характеристика управления силовой
части на холостом ходу, когда ток нагрузки равен нулю. Построить характеристику
управления всего управляемого выпрямителя с учётом формы опорного напряжения
системы импульсно-фазового управления тиристорами и необходимости ограничения
максимального угла управления вентильной группы, работающей в инверторном режиме,
значением 17 /18. Данную характеристику строить для режима холостого хода
выпрямителя.
Записать формулу передаточной функции выпрямителя по управляющему
воздействию и рассчитать значения входящих в нее коэффициента усиления и постоянной
времени, полагая, что система управления преобразователем безынерционна и сигнал
управления меняется в "малом".
Для случая раздельного управления вентильными комплектами описать логику
раздельного управления вентильными комплектами, на основании которой разработать
логическое переключающее устройство.
Вариант задания выбирается из табл. 6.1 и 6.2 в соответствии с предпоследней и
последней цифрами номера зачетной книжки.
При указанных выше построениях считать, что коммутация тиристоров протекает мгновенно.
Считать, что ток нагрузки идеально сглажен, индуктивное сопротивление
нагрузки стремится к бесконечности (режим с источником тока в цепи нагрузки).
Таблица 6.1
Силовая схема
Трехфазная мостовая
Управление
вентильными
группами
Раздельное
Форма опорного
напряжения
Пилообразное
Таблица 6.2
Uоm
Е1
Еdн
Rd
Lф

В
В
В
Ом
Гн
рад
15
220
110
1,20
0,0011
/18
Частота напряжения питающей сети 50 Гц, длина рабочего линейного участка
пилообразного опорного напряжения равна  рад.
В табл. 6.2 приняты обозначения:
Uоm - амплитуда опорного напряжения системы управления;
E1 - действующее значение линейной ЭДС питающей сети;
Еdн - номинальное среднее значение выпрямленной ЭДС (среднее значение
выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя при угле управления одной из
вентильных групп, равном /18, и отсутствии тока нагрузки);
Rd - активное сопротивление нагрузки;
Lф - приведенная к цепи выпрямленного тока индуктивность рассеяния фазы
силового трансформатора;
 - угол управления тиристорами одной из вентильных групп, для которого
строятся диаграммы мгновенных значений токов и напряжений на элементах схемы выпрямителя.
Указания к задаче 1
При любых расчётах питающая сеть предполагается бесконечной мощности, система
питающих напряжений - симметричной и синусоидальной, фазы выпрямителя и
трансформатора симметричными. Вентили считаются идеальными ключами с
сопротивлениями, равными нулю в прямом направлении тока (от анода к катоду) и
равными бесконечности в обратном направлении (от катода к аноду). Активные
сопротивления обмоток трансформатора и реакторов предполагаются равными нулю.
Различные типы силовых схем выпрямителей приведены в / 1, 5, 7-10/, принципы
построения реверсивных схем управляемых выпрямителей и способы управления их
вентильными комплектами - в /1, 7, 9, 10/. Согласование углов отпирания вентильными
комплектами следует принять линейным.
При расчёте токов и напряжений элементов схемы и типовой мощности
трансформатора выпрямленный ток считать идеально сглаженным (условный расчетный
режим, соответствующий индуктивности в цепи выпрямленного тока, стремящейся к
бесконечности). Методика расчёта этих параметров приведена в /1, 5, 8/.
Принципы построения систем управления тиристорами выпрямителей изложены в
/1, 5, 8, 9/.
Диаграммы токов и напряжений элементов схем управляемых выпрямителей
рассмотрены в /5, 8, 9, 10/.
Принципы фазировки в схемах управляемых выпрямителей, то есть распределение
импульсов управления по тиристорам выпрямителя и фазы опорных напряжений каналов
системы импульсно-фазового управления тиристорами по отношению к сетевым
напряжениям, изложены в /1, 9/.
При построении кривых мгновенных значений токов и напряжений по оси абсцисс
откладываются значения текущего угла, а коммутация вентилей считается мгновенной, то
есть угол коммутации  = 0.
Внешние характеристики управляемых выпрямителей и их расчет рассмотрены в /1,
5, 8 - 10/. Для трёхфазной мостовой схемы внешние характеристики строить только в зоне
двуханодной коммутации (угол коммутации  в этой зоне может изменяться с ростом
тока нагрузки от нуля до  /3) .
Характеристики управления и регулировочные характеристики рассмотрены в /1, 7,
9/. При построении характеристик управления можно пользоваться графическими
методами. Все характеристики выпрямителя строить для режима бесконечно большой
индуктивности в цепи выпрямленного тока (расчетный режим с источником тока в цепи
нагрузки).
Принципы раздельного управления вентильными комплектами рассмотрены в /1, 9/.
Алгоритм работы логического переключающего устройства в уравнениях алгебры логики
приведён в /1/. На основании этих уравнений необходимо разработать схему логического
переключающего устройства (до уровня стандартных логических элементов и связей
между ними).
Ниже приведен пример выполнения основных пунктов задачи 1 для следующего варианта
задания: силовая схема управляемого тиристорного выпрямителя однофазная мостовая,
реверсивная, встречно-параллельная; управление вентильными комплектами совместное;
согласование углов отпирания линейное; опорное напряжение
системы управления пилообразное; амплитуда опорного напряжения Uоm = 14 В;
действующее напряжение питающей сети E1 = 660 В; частота напряжения питающей
сети f = 50 Гц; номинальное среднее значение выпрямленной ЭДС Еdн = 440 В; активное
сопротивление нагрузки Rd = 3 Ом; приведенная к цепи выпрямленного тока
индуктивность рассеяния фазы силового трансформатора Lф = 0,001 Гн; угол управления
тиристорами
одной из вентильных групп, для которого строятся диаграммы
мгновенных значений токов и напряжений на элементах схемы выпрямителя,  1 = /6.
Необходимо выполнить основные пункты задания, предусмотренные в задаче 1.
Силовая схема и основные функциональные узлы системы управления
рассматриваемого выпрямителя приведены на рис. 6.1. Для условного направления тока
нагрузки "Вперед" используется вентильный комплект на тиристорах VS1 и VS2, а для
условного направления тока нагрузки "Назад" - комплект на тиристорах VS3 и VS4.
Тиристоры VS1 и VS2 включаются
с
углом
отпирания 1,
тиристоры VS3 и VS4включаются с углом отпирания 2. Системы импульсно-фазового
управления СИФУ 1 и СИФУ 2предназначены для формирования отпирающих тиристоры
импульсов и имеют фазо- смещающие устройства вертикального типа. Значения углов
отпирания 1, 2 соответственно
определяются
значениями
напряжений
управления Uу1 и Uу2 на входах СИФУ 1 и СИФУ 2. Напряжения управления
снимаются с выхода блока согласования характеристик БСХ, который формирует их в
функции напряжения управления преобразователем Uу таким образом, что при
регулировании выпрямленного напряжения во всем диапазоне между углами отпирания
поддерживается соотношение 1 + 2 = . В рассматриваемом примере угол 1 = /6, а
угол 2 =  - /6 = 5/6.
На рис. 6.1 обозначены: e1 - мгновенная ЭДС питающей сети; i1 - мгновенный ток
первичной обмотки трансформатора; e2a, e2b - мгновенные ЭДС вторичных обмоток
трансформатора относительно точки 0 ; i2a, i2b - мгновенные значения токов вторичных
обмоток трансформатора и токов вентилей; ed - мгновенное значение выпрямленной
ЭДС; id - мгновенное значение выпрямленного тока; Zd - активно-индуктивная
нагрузка; УР - уравнительные реакторы.
С учетом указанного в условии ограничения минимального угла отпирания в любой из
вентильных групп значением min = /18 находим требуемое максимальное среднее
значение выпрямленной ЭДС
В.
Среднее значение выпрямленной ЭДС при угле  = /6
В.
Полагая, что вентили - идеальные ключи и активное сопротивление фаз, с учетом
табл. 2.1 определим внутреннее сопротивление преобразователя
Среднее значение тока
отпирания 1 = /6 равно
нагрузки
в
Ом.
направлении "Вперед"
при
угле
А.
С учетом соотношений из табл. 2.1 имеем:
среднее значение тока вентиля
А;
действующее значение фазного тока вторичной обмотки трансформатора, равное
действующему значению тока вентиля,
А;
действующее значение фазной ЭДС вторичных обмоток трансформатора
В;
максимальное напряжение на вентиле
В;
типовая мощность силового трансформатора
ВА.
Требуемое значение коэффициента
трансформации силового трансформатора
.
С учетом табл. 2.1 действующее
значение фазного тока первичной обмотки
трансформатора
А.
Амплитудное значение фазной ЭДС
вторичной обмотки трансформатора
В.
На рис. 6.2 показаны диаграммы токов
напряжений
в
схеме
выпрямителя,
построенные с учетом выполненных расчетов
при-нятых на рис. 6.1 обозначений. На рис.
6.2, а приведены
мгновенные
значения
фазных
ЭДС
вторичных
обмоток
трансформатора;
на
рис.
6.2, б выпрямленная
ЭДС
между
точками 1 и 0 силовой схемы; на рис. 6.2, в выпрямленная ЭДС между точками 2 и 0; на
рис. 6.2, г - выпрямленная ЭДС на выходе
выпрямителя
(между
точками 3 и 0);
на
рис. 6.2, д - ток нагрузки; на рис.
6.2, е - фазный ток одной из вторичных
обмоток; на рис. 6.2, ж - фазный ток
первичной обмотки; на рис. 6.2, з - опорное
напряжение и напряжение управления; на
рис.
6.2, и напряжение
импульса
отпирания для тиристора VS1. Мгновенные
значения выпрямленной ЭДС на выходе
выпрямителя определяются как
и
и
.
Уравнение характеристик управления
силовой частью (вентильной группой из
тиристоров VS1, VS2, VS3), то есть зависимостей среднего значения выпрямленного
напряжения от угла управления при фиксированных токах нагрузки,
. (6.1)
На рис. 6.3 приведены построенные по
(6.1) характеристики управления силовой
части,
где
в
качестве
аргумента
используется угол 1, а в качестве
параметра
выпрямленный
ток Id.
Характеристика для Id = 0
называется
регулировочной
характеристикой
выпрямителя.
Характеристика
управления СИФУ
1 при пилообразном опорном напряжении с
учетом выражения (2.57), где л = ;Uпm =
14 В;  =1, имеет вид
.
(6.2)
Для
выполнения
указанного
условии ограничения максимального
в
угла
отпирания 1 значением 17/18минимально
е значение напряжения управления с учетом (6.2) равно
Так как управление вентильными комплектами совместное при линейном
согласовании углов отпирания, то минимальное значение угла отпирания 1 так же будет
не менее  - 17/18 = /18 . Соответственно максимальное значение напряжения
управления с учетом (6.2) не более
В.
Уравнение характеристики управления реверсивного выпрямителя при токе
нагрузке Id = 0, с учетом выражения (2.58) и подстановок в него соответствующих
расчетных величин, имеет вид
.
(6.3)
На рис. 6.4 приведены характеристики реверсивного выпрямителя, построенные по
(6.3) и с учетом изменения напряжения управления в пределах
.
Внешние характеристики реверсивного выпрямителя, с
соответствующих подстановок расчетных величин в это выражение,
учетом
(6.4)
(2.61)
и
.
(6.5)
На рис. 6.5 приведены внешние характеристики построенные по (6.5) полагая, что
выпрямленный ток изменяется от -150 А до +150 А, а напряжение управления меняется в
пределах (6.4).
Приближенное значение коэффициента передачи выпрямителя можно определить
следующим образом. Номинальное значение выпрямленной ЭДС Edн = 440 В. Этой ЭДС
соответствует по условию задачи угол управления 1 = /18 и как следует из (6.2),
напряжение управления Uун = 12,44 В.
Коэффициент усиления выпрямителя будет
.
Передаточная функция выпрямителя по управляющему воздействию в
соответствии с (2.63)
.
Постоянная времени чистого запаздывания, как показано в /7/, равна
(6.6)
с,
где p = 2 - пульсность выпрямления однофазной нулевой схемы.
После подстановки в (6.6) найденных значений коэффициента усиления и
постоянной времени имеем
.
Если вариант задачи предусматривает анализ процессов в реверсивных схемах
выпрямителей с раздельным управлением вентильными комплектами, то необходимо
помнить, что в процессе работы выпрямителя импульсы управления подаются только на
один из вентильных комплектов и в работе участвует только этот комплект. Поэтому
кривая мгновенных значений выпрямленной ЭДС на выходе выпрямителя полностью
будет соответствовать кривой мгновенных значений выпрямленной ЭДС работающего
комплекта.