ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт металлургии и химии

Кафедра электропривода и электротехники

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

«РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ТИРИСТОРНЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ-ДВИГАТЕЛЬ»

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

Учебно-методическре пособие

Череповец

Рассмотрено на заседании кафедры электропривода и электротехники, протокол № 9 от 24.05.02 г.

Одобрено редакционно-издательской комиссией Института металлургии и химии ЧГУ, протокол № 9 от 28.05.02 г.

 

Методические указания к выполнению курсового проекта «Расчет системы тиристорный преобразователь – двигатель» по дисциплине «Теория электропривода»: Учеб.-метод. пособие. Череповец: ЧГУ. 2002.

 

 

С о с т а в и т е л и : И.В. Сидорова, С.В. Белкова

 

Р е ц е н з е н т ы : В.Н.Мочалин - канд. техн. наук, доцент;

Н.В.Кочнев - канд. техн. наук, доцент

 

 

© Череповецкий государственный

университет, 2002

ВВЕДЕНИЕ

 

Настоящие методические указания предназначены для студентов очной и очно-заочной формы обучения специальностей 110100, 110600, 170300, изучающих курсы “Электрический привод” и “Электрооборудование”. Методические указания содержат задания по расчету системы тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока (ТП –Д) и указания к его выполнению. Учебные задания рассчитаны на индивидуальное выполнение студентами во внеаудиторное время. Указания могут быть использованы студентами электротехнических специальностей 180400, 210200, а также студентами специальности 170300 при выполнении курсовой работы по дисциплине “Электрический привод”. Указанный материал может быть использован при расчетах в дипломном проектировании.

 

 

ЦЕЛЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

 

Научиться рассчитывать и выбирать силовое оборудование для электропривода постоянного тока.

 

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Курсовой проект выполняется для одного из широкорегулируемых приводов: тиристорного электропривода. Проект охватывает ряд разделов курсов «Электропривод» и «Электрооборудование» и имеет целью закрепление знаний студентов по изученному материалу.

Варианты заданий приведены в табл. 1 и соответствуют шифру студента.

Курсовой проект выполняется в следующем порядке:

1) краткий обзор литературы по рассматриваемой системе.

2) выбор двигателя по мощности.

3) выбор двигателя по угловой скорости.

4) выбор тиристорного преобразователя.

5) выбор силового трансформатора.

6) выбор сглаживающего реактора.

7) составление принципиальной схемы электропривода, включающей силовую часть.

Исходные данные для курсового проектирования

Таблица 1

Варианты	Угловая скорость механизма w, рад/с	Момент на валу механизма при движении вперед Mc1, Нм	Момент на валу механизма при движении назад Mc2, Нм	Момент инерции механизма J, кг .. м2	Диапазон регулирования скорости D	Время работы вперед и назад tp1, с	Время паузы после рабочего хода to1, с	Время паузы после обратного хода to2, с	Максимальный статизм s	Номинальное напряжение двигателя U, В
									0.07
									0.08
									0.09
									0.1
									0.09
									0.08
									0.07
									0.06
									0.06
									0.06
									0.06
									0.07
									0.07
									0.07
									0.07
									0.08
									0.08
									0.08
									0.09
									0.09
									0.09
									0.09
									0.1
									0.1
									0.09
									0.1
									0.1
									0.1
									0.1
									0.06

 

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Система «тиристорный преобразователь-двига­тель»

Основным типом преобразователей, применя­емых в настоящее время в регулируемом ЭП постоянного тока, являются полупроводниковые статические преобразователи, и в первую очередь тиристорные. Они представляют собой управляемые реверсивные или нереверсивные выпрямители, со­бранные по нулевой или мостовой однофазной или трехфазной схеме.

Принцип действия, свойства и характеристики системы ТП-Д

рассмотрим на примере схемы (рис. 1, а), в которой использован

однофазный двухполупериодный нереверсивный тиристорный

вы­прямитель, собранный по нулевой схеме.

 

Рис. 1. Схема системы ТП-Д (а) и характеристики двигателя (б)

 

Преобразователь включает в себя согласующий трансформатор Т, имеющий две вторичные обмотки, два тиристора VS1 и VS2, сглаживающий реактор L и систему импульсно-фазового управления тиристорами (СИФУ). Преобразователь обеспечивает ре­гулирование напряжения на двигателе за счет изменения среднего значения ЭДС преобразователя Е_п. Это достигается регулированием с помощью СИФУ по сигналу U_y угла a управления тиристорами, представляющего собой угол задержки открытия тиристоров VS1 и VS2 относительно момента, когда напряжение на их анодах становится положительным.

Ввиду пульсирующего характера ЭДС преобразо­вателя ток в цепи якоря также является пульсиру­ющим. Такой характер тока оказывает вредное влияние на работу двигателя, приводя к ухудшению условий работы его коллектора, дополнительным потерям энергии и нагреву. Для уменьшения пульса­ций тока в цепь якоря обычно включается сглаживающий реактор, индуктивность L которого выбирается в зависимости от допустимого уровня пульсаций тока.

Уравнения электромеханической и механической характеристик двигателя, питаемого от тиристорного преобразователя:

w = ,

w = ,

где Е_сро - ЭДС преобразователя при a = 0, В; k – конструктивный коэффициент машины; Ф - магнитный поток, Вб; I - сила тока в цепи якоря, А; R_я – сопротивление обмотки якоря, Ом; М – момент на валу двигателя, Н^.м; Rп = + R_T + R_L—эквивалентное сопроти­вление преобразователя, Ом; X_Т, R_Т - соответственно при­веденные ко вторичной обмотке индуктивное сопротивление рассеяния и активное сопротивление обмоток трансформатора, Ом; R_L— активное сопротивле­ние сглаживающего реактора, Ом .

Особенностью характеристик двигателя при его питании от управляемого двигателя (УВ) является наличие области, выделенной на рис. 1, б пунктирной линией и заштрихован­ной, где характеристики нелинейны. В этой области имеет место режим прерывистого тока и вызванное этим заметное изменение (уменьшение) жесткости характеристик. Вследствие односторонней проводи­мости преобразователя характеристики располагают­ся только в I (характеристики 1-3 при a = 0; 30 и 60°) и IV (характеристики 4-7 при a = 90; 120; 150 и 180°) квадрантах. Меньшим углам управления, a соответствует большая Е_п и более высокая ско­рость двигателя ω; при a = p/2 Е_п = 0и двигатель работает в режиме динамического торможения.

Для получения характеристик двигателя во всех четырех квадрантах используются реверсивные упра­вляемые выпрямители, которые состоят из двух нереверсивных выпрямителей. На рис. 2 показаны две схемы с реверсивными выпрямителями: схема с нулевым выводом (рис. 2, а) и мостовая схема выпрямления (рис. 2, в).

 

+ LM -

 

Рис. 2. Схема ЭП с реверсивным ТП с нулевым выводом (а), характеристики двигателя ДПТ НВ при совместном методе управления тиристорами (б), реверсивная мостовая схема ТП (в).

В реверсивных УВ используются два основных управления комплектами вентилей: совместное управление и раздельное управление.

Совместное управление (см. рис. 2, а) предусматривает подачу от СИФУ импульсов управления U_a одновременно на вентили катодной группа и анодной групп. При этом один из комплектов работает в выпрямительном режиме и проводит ток, а другой - в инверторном режиме и не проводит ток.

Вид характеристик двигателя зависит от способа согласования углов управления двумя комплектами вентилей. При линейном согласовании сумма углов выпрямителя a₁ и инвертора a₂ поддерживается равной p, характеристики линейны (рис. 2, б).

Раздельное управление используется для полного исключения уравнительных токов между комплектами реверсивного УВ. Сущность его состоит в том, что импульсы управления подаются только на один из комплектов, который должен в данный момент проводить ток. На второй комплект импульсы не подаются и, он не работает, «закрыт».

Управление преобразователем осуществляется при этом принципе с помощью специального логического переключающего устройства (ЛПУ).

В заключение остановимся на основных свойствах системы ТП-Д. К достоинствам рассматриваемой системы относятся: плавность и значительный диа­пазон регулирования скорости (до 100 и более в замкнутых ЭП); большая жесткость получаемых искусственных характеристик; высокий КПД электропривода, определяемый высокими КПД трансформаторов (0,93-0,98) и ТП (0,9-0,92); бесшумность в работе, простота в обслуживании и эксплуатации.

Наряду со значительными достоинствами системе ТП-Д присущи следующие недостатки: для получения характеристик во всех четырех квадрантах требуется использовать реверсивный двухкомплектный преобразователь; напряжение на якоре и ток имеют пульсирующий характер, что ухудшает условия работы двигателя. Для сглаживания пульсаций тока в большинстве случаев применяют сглаживающий реактор или более сложные многофазные схемы выпрямления. Работа ТП характеризуется режимом прерывистого тока, при котором резко падает жесткость характеристик и они становятся нелинейны. С ростом диапазона регулирования скорости снижается коэффициент мощности cosj ЭП.Вентильный элект­ропривод вносит искажения в форму тока и напряже­ния источника питания, что отрицательно сказыва­ется на работе других приемников электроэнергии, тиристорные преобразователи обладают невысокой помехозащищенностью и малой перегрузочной спо­собностью по току и напряжению.

Несмотря на отмеченные недостатки, система ТП-Д является в настоящее время основным видом высокоэффективного регулируемого ЭП постоянного тока и широко применяется для привода таких ответственных рабочих машин, как прокатные станы, металлорежущие станки, экскаваторы и т. д.

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ