Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Исследование трехфазного управляемого выпрямителя при работе на активную и активно – индуктивную нагрузку при разных углах и Lв




Студент гр № 533 д.т.н. профессор

Бутова Д.С. Кулик В.Д.

 

Санкт-Петербург

2013г.

Содержание

стр.

Задание на курсовую работу……………………………………………………..3

1. Исследование трёхфазного управляемого выпрямителя при работе на активную нагрузку………………………………………………….………..…...4

Исследование трёхфазного управляемого выпрямителя при работе на активную нагрузку при разных углах и Lγ…………………..………..….…6

Кривые зависимостей амплитуд управляемого выпрямителя при работе на активную ………………………………………………….…..……….……...12

2. Исследование трехфазного управляемого выпрямителя при работе на активно – индуктивную нагрузку………………………………………...……..13

Исследование трехфазного управляемого выпрямителя при работе на активно – индуктивную нагрузку при разных углах и Lв….……………...15

Кривые зависимостей амплитуд управляемого выпрямителя при работе на активно – индуктивную нагрузку…...……………..…………………….….20

3. Исследование трехфазного управляемого выпрямителя при работе на нагрузку с противо ЭДС………………………………………………………...22

Расчёт напряжения источников питания……………………………….…….22



Исследование трехфазного управляемого выпрямителя при работе на нагрузку с противо ЭДС при разных углах регулирования….…………...24

Построение зависимости величины противоЭДС, возникающей в двигателе, от угла регулирования………………………………………………………..27

4. Влияние управляемого выпрямителя на промышленную сеть …...……….29

5. Исследование аномальных режимов управляемого выпрямителя....….…..32

Полный отказ в работе одного плеча моста Т1…..…………………………..33

Включение тиристора аномальным импульсом α1-6=450 α1=00......………….37

Асимметрия импульсов управления по причине нарушений работы СИФУ……………………………………………………………...…………….41

Вывод……….…………………………………………………..…………………45

Список используемой литературы…………………………….………………..46

 

 


 

Задание

Рассчитать и исследовать тиристорный трехфазный мостовой выпрямитель при различной нагрузке на двигатель постоянного тока при нормальных и аномальных режимах работы.

 

 

Данные двигателя (вариант №2)

 

 

Мощность - 14 000 Вт

Напряжение - 440 В

Номинальная частота вращения - 1500 об/мин

Максимальная частота вращения - 3500 об/мин

КПД - 88%

Сопротивление обмотки якоря Rя - 0.294 Ом

Индуктивность обмотки якоря Lя - 11 мГн

Сопротивление обмотки возбуждения Rв - 96 Ом

 

 

 

I. Исследование трёхфазного управляемого выпрямителя при работе при активно-индуктивной нагрузке.

 

1. Нормальный режим работы (сопротивление обмотки возбуждения).

 

1.1 рассчитать и построить переходные процессы (iв=f(t)) при заданных параметрах обмотки возбуждения и Lγ=0.1Lя, α=0.

 

Схема выпрямителя показана на рис. 1.1. Из схемы видно, что при её рассмотрении следует учитывать влияние на показатели схемы коммутационных процессов, реально происходящих в схеме. Ввиду наличия индуктивностей, которые учитываются приведёнными ко вторичной обмотке трансформатора реактивными сопротивлениями Lγ.

 

Lγ=0.1Lя=0.1*11*10-3=0.0011 Гн

RH=RВ=96 Ом

Т4
Т2
Т6
Lγ
Lγ
Lγ

 

 

Рис.1.1 Принципиальная схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку.

 
 
Ucb Uab Uac Ubc Uba Uca


Рис. 1.2. Кривые мгновенных линейных напряжений.

γ

 

Рис.1.3. Кривая выходного напряжения Ud, при Lγ=0.011 Гн

 

Рис.1.4.Кривая мгновенного значения тока id

 

Ввиду наличия индуктивностей, которые приводятся ко вторичной обмотке трансформатора реактивными сопротивлениями Lγ, каждый переход с одного вентиля на другой происходит в течении угла коммутации γ. Коммутация начинается в точках естественного включения вентелей.

 

Коммутационные явления в схеме выпрямителя приводят к возрастанию фазового сдвига потребляемого тока относительно напряжения питающей сети. Влияние индуктивности в цепи переменного тока проявляется в том, что при подаче отпирающего импульса на очередной тиристор индуктивные сопротивления Xγ затягивают процесс уменьшения до нуля тока проводящего тиристора и нарастания до значения Iн тока тиристора, вступающего в работу. В результате на интервале коммутации γ в проводящем состоянии одновременно находятся 3 тиристора выпрямителя. Эти тиристоры создают короткозамкнутый контур для вторичной обмотки трансформатора.

 

 

1.2 рассчитать и построить регулировочные характеристики при Lв=(0; 102; 103).

Определить амплитуды, состав гармоник при трёх значениях α=0; 60; 75.

 

 

Рис.1.6 Регулировочная характеристика при активно-индуктивной нагрузке и

(1), (2), (3).

 

Из рис.1.6 видно, что диапазон регулирования выпрямителем при чисто активной нагрузке составляет от 0º до 120º.

При активно-индуктивной нагрузке при LВ=100*Lя диапазон изменения угла α лежит в пределах от 0º до 104º. Уменьшение диапазона изменения угла регулирования объясняется тем, что при α ≥ 90º площадь положительного значения напряжения будет равна площади нижнего, и согласно критерию равенства площадей (SL1 = SL2) среднее значение выпрямленного напряжения будет равно нулю.

 

Исследование трехфазного управляемого выпрямителя при работе на активную и активно – индуктивную нагрузку при разных углах и Lв

 

Активная нагрузка при разных улах:

 

I,А
U,В

Ic,А
Ia,А
Ib,А

 

Рис.1.7 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активной нагрузкой, при угле управления тиристорами 0º,

Lγ =0.0011Гн, LB=0 Гн, и Rн=Rв (Ud=440 В):

а) кривая мгновенного значения напряжения и её гармоник.

б) кривая мгновенного значения тока и её гармоник.

в) Кривые мгновенных значений фазных токов и их гармоники.

 

При моделировании выпрямителя, нагружённого активным сопротивлением, можно заметить, что напряжение на нагрузке и сетевые токи имеют не синусоидальную форму. Следовательно, они содержат высшие гармоники. Из рисунка 1.7(а) следует, что выпрямленное напряжение имеет только четные гармоники кратные 6 (это 6, 12, 18) и постоянную составляющую (нулевую гармонику). Сетевой ток содержи только нечетные гармоники (это 1, 5, 7 ,11, 13 и др.).

 

I,A
U,В

Ic,А
Ia,А
Ib,А

Рис.1.8 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 60º,

Lγ =0.0011Гн, LB=0 Гн, (Ud=440 В):

а) кривая мгновенного значения напряжения и её гармоник.

б) кривая мгновенного значения тока и её гармоник.

в) Кривые мгновенных значений фазных токов и их гармоники.

 

Система управления настраивается таким образом, чтобы импульсы подавались на те тиристоры, потенциал анода которых в рассматриваемый момент времени имел наивысшее значение по отношению к потенциалу анода остальных тиристоров. Например, когда потенциал точки а имеет наибольшее положительное значение по отношению к потенциалу точки b, импульсы управления подаются на тиристоры Т1, Т4, эти тиристоры откроются. Ток потечет по цепи a– Lа – a’ – T1 – Rн – T4 – b’ – Lв –b. Далее, несмотря на то, что потенциал точки а станет более положительным по отношению к потенциалу точки с, тиристор Т2 не откроется, т.к. на него не был подан импульс управления. Открывание тиристора Т2 произойдет только в момент, когда на него подадут импульс управления.

 

I,A
U,В

Ic,А
Ib,А
Ia,А

Рис.1.9 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 75º,

Lγ =0.001Гн, LB=0 Гн, (Ud=440 В):

а) кривая мгновенного значения напряжения и её гармоник.

б) кривая мгновенного значения тока и её гармоник.

в) Кривые мгновенных значений фазных токов и их гармоники.

Амплитуды гармоник (В), входящих в состав выпрямленного напряжения. LB=0

 

№ гармоники    
α  
434.83 28.66 9.24 5.17 3.27       53.40 36.40 21.97
370.9 102.46 31.57 28.81 20.25  
349.9 110.59 33.45 35.52 16.61  
273.03 109.92 66.02 39.49 22.62  
181.32 109.17 53.43 35.49 26.46  
105.91 109.88 43.75 26.76 21.75  
48.30 72.76 30.96 20.24 15.43  
2.45 4.76 4.38 3.91 3.48  
                         

.

Амлитуды гармоник (А), входящих в состав фазного тока.

 

№ гармоники  
α  
5.06 1.09 0.59 0.39 0.33  
2.50 1.17 0.57 0.50 0.34  
1.12 0.78 0.47 0.28 0.24  

 

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения (нулевая гармоника) и амплитуда первой гармоники сетевого тока, с увеличением угла уменьшаются до нуля. Это объясняется тем, что пульсация напряжения с увеличением угла α повышается, действующее значение напряжения убывает.

В качестве нагрузки которого используется чисто активное сопротивление и можно сказать, что выпрямитель при углах управления 0º ≤ α < 60º работает в режиме непрерывных токов, то есть импульсы управления подаются на тиристоры, когда значение их тока не равно нулю.

При углах управления α = 60º управляемый выпрямитель работает в граничном режиме. Это значит, что импульсы управления подаются на тиристоры в момент снижения их тока до нуля.

В диапазоне угла управления 60º < α ≤ 120º выпрямитель работает в режиме прерывистого тока. Такой режим наступает в том случае, если импульсы управления подаются на тиристоры после снижения их токов до нуля.

 

 

Активно-индуктивная нагрузка при LB=102*Lя. и разных углах:

 

I,A
U,В

Ic,А
Ib,А
Ia,А

 

Рис.1.10 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 0º,

Lγ =0.001Гн, LB=1.1 Гн, (Ud=440 В):

а) кривая мгновенного значения напряжения и её гармоник.

б) кривая мгновенного значения тока и её гармоник.

в) Кривые мгновенных значений фазных токов и их гармоники.

 

Из рисунка 1.10 следует, что выпрямленное напряжение имеет только четные гармоники кратные 6 (это 6, 12, 18) и постоянную составляющую (нулевую гармонику). Сетевой ток содержи только нечетные гармоники (это 1, 5, 7 ,11, 13 и др.).

 

I,A
U,В

 

Ic,А
Ib,А
Ia,А

Рис.1.11 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 60º,

Lγ =0.001Гн, LB=1.1 Гн, (Ud=440 В):

а) кривая мгновенного значения напряжения и её гармоник.

б) кривая мгновенного значения тока и её гармоник.

в) Кривые мгновенных значений фазных токов и их гармоники.

 

 
 
U,В


I,A

Ic,А
Ib,А
Ia,А

 

Рис.1.12 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 75º,

Lγ =0.001Гн, LB=1.1 Гн, (Ud=440 В):

а) кривая мгновенного значения напряжения и её гармоник.

б) кривая мгновенного значения тока и её гармоник.

в) Кривые мгновенных значений фазных токов и их гармоники.

 

Амплитуды гармоник (В), входящих в состав выпрямленного напряжения.

 

№ гармоники  
α  
95.20 118.67 56.27 37.32 28.52  
418.34 56.7 32.22 21.92 13.18  
371.2 102.08 32.45 28.2 21.53  
350.07 110.61 33.30 35.96 16.96  
273.25 110.62 66.25 39.03 22.94  
180.94 109.06 53.57 35.84 27.02  
95.14 118.69 56.37 37.33 28.53  
17.09 202.04 67.69 39.70 30.12  
1.24 76.60 18.15 11.80 8.79  
0.02 0.29 0.09 0.05 0.04  

.

Амлитуды гармоник (А), входящих в состав фазных токов.

№ гармоники  
α  
2.38 0.47 0.33 0.20 0.18  
1.02 0.21 0.17 0.09 0.11  
0.46 0.17 0.05 0.09 0.08  

 

Из таблиц видно, что постоянная составляющая выпрямленного напряжения (нулевая гармоника) и амплитуда первой гармоники сетевого тока, с увеличением угла уменьшаются до нуля. Это объясняется тем, что пульсация напряжения с увеличением угла α повышается, действующее значение напряжения убывает.

 

 

Активно-индуктивная нагрузка при LB=103*Lя. и разных углах:

U,В
I,A

Ic,А
Ib,А
Ia,А

Рис.1.13 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 0º,

Lγ =0.001Гн, LB=11 Гн, (Ud=440 В):

а) кривая мгновенного значения напряжения и её гармоник.

б) кривая мгновенного значения тока и её гармоник.

в) Кривые мгновенных значений фазных токов и их гармоники.

При увеличении индуктивности пульсации тока сглаживаются, соответственно увеличивается постоянная составляющая тока на нагрузке. Но переходной процесс затягивается. На рис 1.9 с индуктивностью 11 Гн переходной процесс длится 0,6с.

При угле управления α = 0о на тиристоры будет подаваться импульсы управления в момент естественной коммутации вентилей. В таком случае при положительном потенциале точки а’ относительно точки b’ к анодам тиристоров Т1 и Т4 будет приложен положительный потенциал, а к их катодам – отрицательный, что приведет к их открываю. Ток будет протекать по цепи a –La – a’ – T1 – Rн –Lн – T4 – b’ – Lв – b.

Далее точка b становиться более положительна по сравнению с точкой с. Из-за этого разность потенциалов у линейного напряжения uac становиться большей по сравнению с остальными напряжениями. В этот момент подаются импульсы управления на тиристоры Т1 и Т2. Возникает контур коммутации встречно току тиристора Т4. Ток Т4 снижается до нуля и тиристор закрывается. После этого ток начинает протекать по контуру

a– La – a’ – T1 – Rн –Lн – T2 – c’ – Lc– c .

 

 

I,A
U,В

Ic,А
Ib,А
Ia,А

 

Рис.1.10 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 60º,

Lγ =0.001Гн, LB=11 Гн, (Ud=440 В):

а) кривая мгновенного значения напряжения и её гармоник.

б) кривая мгновенного значения тока и её гармоник.

в) Кривые мгновенных значений фазных токов и их гармоники.

 

I,A
U,В

 

Ia,А
Ic,А
Ib,А

 

Рис.1.13 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 75º,

Lγ =0.001Гн, LB=11 Гн, (Ud=440 В):

а) кривая мгновенного значения напряжения и её гармоник.

б) кривая мгновенного значения тока и её гармоник.

в) Кривые мгновенных значений фазных токов и их гармоники.

 

Исследуем работу выпрямителя при 60º < α ≤ 120º (рис.1.12). Для рассмотренного случая (α = 75º,) в момент времени, когда потенциал точки а’ больше потенциала точки b’ и ток проводят тиристоры Т1, Т4 по цепи a – Ra – La – a’ – T1 – Rн –Lн – T4 – b’ – Lв – Rв – b. В момент времени t1 (рис. 1.12а) когда потенциал точки а становиться более положителен по отношению к потенциалу точки с, ток проводиться по прежнему тиристорами Т1 и Т4. Это происходит благодаря накопленной электромагнитной энергии в катушке индуктивности WL= . В момент времени t2 (рис. 1.12а), когда ubc становится более положительным по сравнению с напряжением uab, к тиристору Т4 должно приложиться запирающее напряжение. Но в катушке индуктивности чтобы поддержать течение тока в предыдущем направлении возникает ЭДС самоиндукции, которая преодолевает линейное напряжение ubс до тех пор пока на тиристор Т2 не подадут импульс управления, момент t3 .После этого возникнет контур коммутации в – Rв – Lв – в’ – T4 – T2 – с’ – Lс – Rс – с, встречный току Т4, который впоследствии зарывается.

На рис. 1.13 3 гармоника третья гармоника напряжения больше, чем первая. Средне выпрямленное напряжение на нагрузке = 110В Но благодаря большой индуктивности ток на нагрузке практически не имеет пульсаций. При угле регулировании ›600 происходит рекуперация энергии в сеть.

 

Амплитуды гармоник (В), входящих в состав выпрямленного напряжения, при LB=103*Lя.

№ гармоники  
α  
436.33 25.96 7.07 3.68 2.51  
419.25 55.95 31.87 22.09 13.79  
368.09 107.33 34.98 29.61 23.07  
348.35 114.70 35.12 37.39 17.77  
274.91 111.52 66.77 39.33 23.32  
186.33 107.38 52.59 35.26 26.67  
102.6 119.20 56.19 37.24 28.5  
40.87 109.7 53.19 35.53 26.78  
47.14 23.07 15.82 12.19  
5.51 18.75 8.53 6.21 5.24  
0.03 0.14 0.07 0.05 0.04  

Амлитуды гармоник (А), входящих в состав тока фазы а,b,c

№ гармоники  
α  
0.48 0.10 0.07 0.04 0.03  
0.15 0.04 0.06 0.04 0.05  
0.08 0.05 0.05 0.06 0.05  
             

 

 

В результате гармонического анализа, проведенного для различных углов управления, мы получили зависимости величин гармоник тока сети и напряжения на нагрузке от угла α. Протекание высших гармоник по обмоткам генераторов, питающих сеть, вызывает в них дополнительные потери и нагрев. Дополнительные потери создаются так же в передающих линиях и промежуточных трансформаторах. Падение напряжения от высших гармоник на линиях передач и промежуточных трансформаторах вызывает искажение формы питающего напряжения , что отрицательно сказывается на работе других потребителей. Искажение формы питающего напряжения особенно ощутимо, когда мощность сети соизмерима с мощностью силового преобразователя.

 

1.3 Рассчитать и построить внешние характеристики при Lγ=(0; 0.1; 0,5)Lя Гн

 

Рис.1.14 Внешняя характеристика управляемого выпрямителя при разных индуктивностях рассеивания Lγ

 

Уменьшение напряжения на нагрузке с увеличением её тока связано с повышением коммутационных падений напряжения в виду роста угла коммутации γ. Коммутационные явления в схеме выпрямителя приводят к возрастанию фазового сдвига потребляемого тока относительно напряжения питающей сети. Влияние индуктивности в цепи переменного тока проявляется в том, что при подаче отпирающего импульса на очередной тиристор индуктивные сопротивления Xγ затягивают процесс уменьшения до нуля тока проводящего тиристора и нарастания до значения Iн тока тиристора, вступающего в работу. В результате на интервале коммутации γ в проводящем состоянии одновременно находятся 3 тиристора выпрямителя. Эти тиристоры создают короткозамкнутый контур для вторичной обмотки трансформатора.

В процессе выполнения моделирования выпрямителя подразумевалось, что преобразователь подключён к промышленной сети через, понижающий напряжение, трансформатор. На практике любой трансформатор обладает индуктивность рассеивания. Чем больше угол γ тем меньше среднее выпрямленное напряжение на нагрузке. Коммутационные процессы сказываются на форме выпрямленного напряжения ud и уменьшении его среднего значения Ud.

.

 


 

2.Аномальный режим работы.

Под аномальным режимом работы выпрямителя понимаются режимы, вызванные отказом в работе одного или двух вентилей моста, а так же ложными (аномальными) импульсами их управления с углами, отличающимися от заданного значения, которые попадают на управляющие электроды из-за коммутационных процессов или по причине нарушений в работе СИФУ.

В начале исследования аномальных режимов определимся условными положительными направлениями фазных токов. Положительные направления фазных токов совпадают с направлениями от точек а`, b’, c’ соответственно к точкам a, b, c (см рис 2.1)

Отрицательные – имеют противоположенные направления: от точек a, b, c к точкам a’, b’, c’. В дальнейшем будем пользоваться этими условными направлениями фазных токов. В этом разделе сравним три способа диагностики управляемых выпрямителей:

1) способ диагностики, основанный на спектральном анализе кривой выходного напряжения

2) способ, основанный на совместном анализе кривых мгновенных значений фазных токов и выходного напряжения выпрямителя.

3) способ, основанный на гармоническом анализе и визуальной оценке кривых фазных токов.

В данном случае задача состоит в определении вентиля вышедшего из строя.

 

 

Рис 2.1 Схема управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой

 

Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Читайте также:
Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы...
Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней...
Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1966)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.059 сек.)
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7