Контрольная работа Силовые преобразовательные устройства ЗАДАНИЕ 1 Рассчитать и выбрать вентили в схеме регулирования напряжения нагревателей электропечи. Напряжение сети Uф=220В, потребляемый ток Iн. В режиме разогрева номинальный ток потребляется при половине напряжения на нагревателях. Схема преобразователя приведена на рисунке.Вентили выбрать для номинального режима и проверить по потере мощности, по нагреву. Данные к заданию №1 приведены в таблице 1. Таблица 1 Мощность нагрев. установки, Рн, кВт Напряжение нагрев. установки, Uф, В 127 Определяем ток нагрузки: Средний ток фазы : Средний ток вентиля Максимальное напряжение, приложенное к вентилю равно амплитуде линейного: Предельный ток вентилей при естественном охлаждении: Выбираем вентиль: Т10-50. предельный ток - IПР = 50 А , повторяющееся напряжение UП = 400-1000 В, прямое падение напряжения UПР = 1,76 В, тепловое сопротивление Rt – 0,9 0C/Вт. Ток через вентиль в течении первой полуволны Потери мощности в вентиле Температура структуры вентиля Температура расчетная 70о С не выше допустимой.
Кремниевые теристоры могут работать при температуре 120 – 140ОС. ЗАДАНИЕ 2 Рассчитать индуктивность дросселя, установленного в цепи преобразователя электродвигателя при некотором значении минимального тока – Imin, действующем значении напряжения - Uп. Питание цепей выполняется от сети с частотой 50 Гц через трансформатор.
Число фаз выпрямителя m=3. Постоянный коэффициент С =0,1-0,25 для компенсированных машин, С= 0,5-0,6 для некомпенсированных машин.
Данные к расчету в таблицах. № Вар Номинальная скорость NНОМ, Об/мин Мощность, РНОМ. кВт Номинальный ток, IНОМ, А Сопротивление якоря RЯ,Ом Сопротивление обмотки возбуж дения rВ, Ом Ток обмотки возбуждения IВ, А Номинальное напряжение, В 5 600 23 120 0,845 62 2,55 400 Мощность тр-ра, SНТ, кВА Напряжение сетевой обмотки,В Напряжение вен тильной обмотки, В Напряжение корот кого замыкания тр-ра, UК% 29,1 500 410 5,2 Полная индуктивность якорной цепи Гн где В - напряжение пульсаций m=6, =314 с-1 Индуктивность якоря Гн С=0,1-0,25 для компенсированных машин С=0,5-0,6 для некомпенсированных машин р-число пар полюсов n – cкорость, об/мин Расчетная индуктивность трансформатора, приведенная к цепи постоянного тока где а=1 для нулевых схем а=2 для мостовых схем Хтр– индуктивное сопротивление фазы трансформатора Индуктивность дросселя Гн ЗАДАНИЕ 3 Построить регулировочную и внешнюю характеристики преобразователя. Напряжение короткого замыкания сетевого трансформатора UK%, преобразователь - тиристорный постоянного тока. Граничный угол регулирования - - зависит от схемы выпрямления.
Данные для расчета в таблице.
Напряжение короткого замыкания тр-ра UK% Cхема выпрямления 6,5 Трехфазная нулевая Где А- коэффициент наклона внешней характеристики А=0,5 для трехфазных схем А=0,35 для однофазных схем UК% - напряжение короткого замыкания, UК%=8 для трансформаторов типа ТСЗП и ТСЗ Преобразователь работает на индуктивную нагрузку и непрерывный ток в области 0  60. Для построения характеристики задаваться значениями =0 600, для удобства построения расчеты в таблицу.
Рассчитываем данные, согласно заданного варианта. Для =0 , =0 Для =0 , =0,5 Для =0 , =1,0 Аналогично находим данные для =300 и 600 ,при =0; 0,5; 1,0. Результат вычисления заносим в таблицу. 0 1 0,9 0,5 0,5 0,98 0,88 0,48 1,0 0,97 0,87 0,47 Строим по найденным данным внешнюю характеристику. Регулировочная характеристика: Где р – число пульсаций за период Т = /m = /1 =  p=2•m=2•3 = 6, для простых симметричных схем, m-число фаз выпрямителя  - граничный угол регулирования , индуктивность цепи принимаем . Для построения характеристики заполняем таблицу , задаваясь значениями 0.  0 0 20 30 40 60 80 90 100 120 1 1,09 1,1 1,4 1,9 1,4 1,2 0,8 0,3 Строим по найденным данным регулировочную характеристику. ЗАДАНИЕ 4 Рассчитать потери мощности заданного преобразователя Данные: ТСП-63/0,7 УХЛ Вентильная Преобразователь: Uс = 660В, обмотка: Диод кремнеевый-2шт Sн.т = 58кВА, U = 205В U = 230В Рх х = 330Вт, I = 164А I = 200А Рк.з = 1900Вт Uк% = 5,5 Iх.х% = 6 Мощность потерь выпрямителя: Рd = Рв + Рт + Рф + Рв.с Потери в вентиле при протекании прямого тока: Рв = nв*Uпр*Iв.ср = 2*0,5*0,039 =0,039Вт nв =2, кол-во вентилей, по которым одновременно протекает ток в плече моста Uпр = (0-1,2В) – падение напряжения Iв.ср. = Iср/2 = 0,039; Iср = Iнагр/1,11=0,088/1,11 = 0,079А Потери в трансформаторе: Потери в электрических фильтрах: Рф = I2d*rдр=2002*1,2=48Вт rдр=U/I=230/200=1,2Ом Рвс = (0,5-1,5) Рd = 0,5*46=23Вт Рd = 0,039+ +48+23 = Вт ЗАДАНИЕ 5 Рассчитать и выбрать тиристоры в цепи якоря двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Выбрать трансформатор для преобразователя в цепи двигателя.
Uн = 220В. Напряжение выпрямителя Udo = 1,15*Uн = 1,15*220 = 253В В схеме оборудования установим отсечки, формирующие экскаваторную характеристику с током упора. Iупор. = 1,8*Iн = 1,8*120 = 216А Принимаем ток нагрузки: Id = Iупор = 216А Средний ток вентиля: Iв.ср = Id/3 = 216/3 = 72А Максимальное обратное напряжение: Uобр.макс = 1,045*Udo = 1,045*253 = 264,4В Прямое максимальное напряжение: Uпрям.макс. = 6*U2ф * sin = 6*220*1 = 538,9В Выбираю вентиль: ТЛ-200; Iпр = 250А; Uп = 400-1000В; Uпр = 0,85; Rt = 0,180С/Вт. Выбранный вентиль проверяем: Iв = 0,577*Id = 0,577*250 = 144,3А Потери мощности в тиристоре: Рв = Iв*Uпр = 144,3*0,85=122,6Вт Температура структуры вентиля: в = Рв* Rt +окр = 122,6*0,18+25 = 470С<1250С, Выбранный вентиль проходит по условиям проверки Трансформатор выбираем по типовой мощности и вторичному напряжению.
Sт = 1,05*Рd = 1,05*253*216 = 57,38кВА U2ф= 0,427*Udo = 0,427*253 = 108В I2ф = 0,817*Id = 0,817*216 = 176,5А Кт = U1ф/U2ф = 253/108,03 = 2,3 Ток первичной обмотки трансформатора: I1 = 0,817*(Id/Кт) = 0,817*(216/2,3) = 75,4А Выбираю трансформатор: ТСЗР-63/0,5-68 ЗАДАНИЕ 6 Инверторный режим нереверсивного преобразователя, статические характеристики, диаграммы.
Инвертирование – это процесс преобразования постоянного тока в переменный.
В преобразовательных установках инверторный режим очень часто чередуется с выпрямительным, например, в электроприводах постоянного тока. В двигательном режиме преобразовательная установка выполняет функции выпрямителя, передавая мощность двигателю постоянного тока. При переходе электродвигателя в генераторный режим (движение под уклон, спуск груза, торможение и т. д.) преобразователь работает в инверторном режиме, отдавая энергию генерируемую машиной постоянного тока, в сеть переменного тока. Таким образом, при инвертировании источник постоянного напряжения работает как генератор электрической энергии, характеризующийся тем, что направление его ЭДС и тока совпадают, а нагрузка переменного тока – как потребитель, у которого направления ЭДС и тока встречные.
Преобразователи частоты – это устройства, преобразующие переменный ток одной частоты в переменный ток другой частоты.
В промышленных электроприводах постоянного тока эффективное и вместе с тем наиболее экономичное торможение двигателя может быть достигнуто переводом двигателя в генераторный режим, при этом преобразователь выполняет функцию инвертора и поток мощности, изменив направление, проходит от машины постоянного тока в сеть переменного напряжения.
Принципиальная схема преобразователя, допускающего двухстороннее обращение потока мощности в вентильном электроприводе постоянного тока, приведена на рисунке.
Питание вентиля осуществляется через две трехфазные группы обмоток, соединенных в зигзаг.
Выходы от преобразователей присоединены к внешним зажимам машины противоположными полюсами.
При такой перекрестной схеме система сеточного управления одного из преобразователей настраивается на работу его в качестве выпрямителя, питающего двигатель, а у другого – на работу его в качестве инвертора, ведомого сетью.
Последний обеспечивает режим генераторного торможения.Сопряжение углов  и  определяющих положение внешних характеристик, производится, исходя из равенства средних значений напряжения на выпрямителе и инверторе при таком минимальном значении постоянного тока, ниже которого кривая выпрямленного тока становится прерывистой.
При таком сопряжении углов  и  не только обеспечивается плавный переход от выпрямительного режима к инверторному, но и приемлемая величина циркуляционного тока, протекающего по замкнутым контурам анодных ветвей выпрямителя и инвертора.При уменьшении тока двигателя, при снятии нагрузки скорость вращения двигателя возрастет, при минимуме тока преобразователь переходит в инверторный режим.
В приводе появляется при этом тормозной момент. Для получения минимального времени торможения угол опережения  инвертора постепенно увеличивается по мере снижения скорости генератора. Движение рабочей точки в режиме форсированного торможения проходит по зигзагообразной кривой (левая часть рисунка), включающей пунктирные и промежуточные участки и участки инверторных характеристик.При выполнении преобразователя по перекрестной схеме возможно изменение направления вращения (реверс). При этом изменяется настройка углов управления: в инверторе от углов  совершается переход на углы . А в выпрямителе углы  заменяются углами . ЛИТЕРАТУРА 1. Преображенский В.И Полупроводниковые выпрямители.
М.: Энергоатомиздат. 1986 2. Промышленная электроника. Каганов И.Л М. «Высшая школа», 1988. 3. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами.Под редакцией Круповича В.И Барыбина Ю.Г Самовера М.Л. Издание третье.
М.: Энергоатомиздат. 1982. 4. Беркович Е.И Ковалев В.Н, Ковалев Ф.И. и др.Полупроводниковые выпрямители. М.: Энергия, 1978.