У вентильному електроприводі реактори виконують такі функції:
обмежують швидкість наростання і величину аварійного струму через тиристор;
зменшують зону переривчастих струмів;
згладжують пульсації випрямленої струму.
У реверсивному вентильному електроприводі на реактори може покладатися функція обмеження зрівняльних струмів при спільному управлінні вентильними групами.
Крім того, в вентильному електроприводі реактори можуть виконувати додаткові функції:
обмеження швидкості наростання аварійного струму при відкриванні інвертора;
обмеження струму через вентилі в перший напівперіод живлячої напруги при короткому замиканні на стороні випрямленої струму.
Індуктивність реактора залежить від його призначення, силової схеми перетворювача і розташування реакторів в схемі.
Вибір анодних реакторів. При безтрансформаторним виконанні перетворювача на стороні змінного струму включають реактори, призначені для обмеження швидкості наростання і величини аварійного струму через тиристори. Реактори не повинні зменшувати свою індуктивність при токах короткого замикання [6], тому вони виконуються повітряними без залізного сердечника.
Величину індуктивності струмообмежувального реактора можна наближено визначити з виразу
де - коефіцієнт запасу перевищення допустимого ударного струму; - допустимий ударний струм тиристора згідно довідкових даних, А.
Реактор вибирають на напругу мережі живлення і розрахований струм вторинної ланцюга за формулою (2.12):
Розрахунок і вибір зрівняльних реакторів. Зрівняльні реактори застосовуються тільки для реверсивних схем тиристорних перетворювачів при спільному способі управління випрямної і инверторной групами вентилів для обмеження значення зрівняльного струму. Детальний опис схем, режимів роботи реверсивних тиристорних перетворювачів і способів управління викладено в [1, 2, 4-6].
При спільному узгодженому управлінні вентильними комплектами необхідну індуктивність зрівняльного контуру визначають виходячи з обмеження діючого значення зрівняльного струму Іср до 5-10% від Iдв.ном. т. е.
де - амплітудне значення фазної напруги вторинної обмотки силового трансформатора для нульових схем випрямлення; - амплітудне значення лінійної напруги вторинних обмоток силового трансформатора для мостових схем; - кутова частота мережі живлення; - прийняте мінімальне значення зрівняльного струму; - коефіцієнт, що характеризує діюче значення зрівняльного струму (визначається в залежності від кута управління і схеми реверсивного випрямляча, при узгодженому управлінні найбільшого значення досягає при і становить для трифазної нульової і трифазної мостової зустрічно-паралельній схеми; для трифазної мостової перехресної і шестифазної нульовий) [5 ].
Індуктивність зрівняльних реакторів, необхідна для обмеження зрівняльного струму на заданому рівні:
Струмообмежувальним реактори включають в контр зрівняльного струму по одному або по два на групу (рис. 2.2). Зрівняльні реактори можуть виконуватися ненасищаемой (з повітряним зазором) насичуються
і частково насичуються.
При використанні ненасищаемой зрівняльних реакторів в схемах випрямлячів (рис. 2.2, а. Б) встановлюють два однакових зрівняльних реактора (по одному на кожен напрямок струму двигуна), індуктивність кожного з яких вибирають рівній
З метою зменшення габаритів зрівняльних реакторів їх виконують частково або повністю насичуються. Індуктивність кожного повністю насичується зрівняльного реактора, по якому тече робочий струм реактора, дорівнює практично нулю (зрівняльний реактор в режимі насичення), а вся напруга прикладається до другого зрівняльного реактора (рис. 2.2, в), отже, обмеження буде здійснюватися другим зрівняльним реактором:
Для частково насищаються зрівняльних реакторів індуктивність кожного вибирають рівній
Для зниження габаритів зрівняльних реакторів можна використовувати два способи:
застосовувати неузгоджене управління групами вентилів перетворювача;
збільшувати прийняте значення зрівняльного струму до 0,2Id
в разі достатнього запасу по струму тиристорів.
При роздільному управлінні комплектами вентилів перетворювача зрівняльний реактор не використовується.
Струм, що протікає через зрівняльний реактор, дорівнює сумі струмів навантаження і зрівняльного струму
Зрівняльні реактори вибирають по встановленим параметрам індуктивності і струму:
де і - номінальні індуктивність і ток реактора.
Реактор для обмеження зони переривчастих струмів. Для отримання гранично-безперервного режиму при заданому максимальному значенні кута регулювання в ланцюг випрямленого струму необхідно включити індуктивність. значення якої можна визначити виходячи з необхідної індуктивності
де - необхідний безперервний мінімальний струм двигуна, зазвичай Idгр = 0,1Idном. ; - число пульсацій випрямленої напруги за період напруги мережі живлення.
Максимальне значення кута управління виходячи з вимог забезпечення мінімальної кутової швидкості:
Мінімальне значення ЕРС перетворювача, що відповідає значенню при:
де - мінімальна кутова швидкість двигуна, с -1; Д - діапазон регулювання кутової швидкості двигуна; . - активний опір шунта і його коефіцієнт передачі (), Ом; - падіння напруги на шунт при струмі .. зазвичай; Iш.ном - номінальний струм шунта, А; - активний опір реакторів в якірного ланцюга, Ом. Якщо реактор ще не вибрано, то його активний опір можна визначити наближено за формулою
Після вибору реактора з ряду стандартних слід уточнити його активний опір і перерахувати кут управління.
Необхідна індуктивність обмежує реактора, Гн:
При безтрансформаторним перетворювачі замість індуктивності силового трансформатора. наведеної до ланцюга випрямленого струму, використовується індуктивність анодного реактора. Індуктивність зрівняльного реактора - враховується тільки в реверсивних схемах зі спільним управлінням групами тиристорів. Якщо. то реактор в системі електроприводу не потрібен.
Реактор, що обмежує зону переривчастих струмів, вибирають по встановленим параметрам:
Розрахунок індуктивності і вибір згладжує реактора. Пульсації випрямленої напруги призводять до пульсацій випрямленого струму, які погіршують комутацію двигуна і збільшують його нагрівання. Величина пульсації струму залежить від схеми випрямлення, кута управління і індуктивності контуру навантаження. Амплітудні значення гармонійних складових випрямленою ЕРС пов'язані з його середнім значенням і кутом регулювання перетворювача наступним виразом:
де - число пульсацій випрямленої ЕРС для першої гармоніки за період напруги мережі живлення (для трифазної нульової схеми. для трифазної мостової схеми); - кратність гармоніки.
Амплітуди гармонік більш високої кратності значно менше, а дія реактора на них ефективніше, тому розрахунок індуктивності дроселя ведеться тільки по основній гармоніці. Відносна величина діючого значення першої гармоніки відповідно до формули (2.38):
де - максимальний кут управління перетворювача, розрахований для мінімальної кутової частоти обертання двигуна.
Чинне значення основної гармоніки має бути [6] в межах 2-15% номінального струму в залежності від потужності, діапазону регулювання кутової частоти обертання двигуна і допустимого зниження зони темної комутації. Зазвичай для компенсованих електродвигунів допустимий рівень пульсації струму якоря iп становить 2% від номінального, для некомпенсованих - 5-7%, для машин малої потужності - до 15%.
При відомому амплитудном значенні основної гармоніки і допустимому діючим значенням основної гармоніки струму необхідна індуктивність ланцюга випрямленого струму може бути визначена за формулою, Гн:
Необхідна індуктивність реактора, що згладжує, Гн:
де - індуктивність зрівняльного реактора, враховується тільки для реверсивних схем перетворювача зі спільним управлінням групами тиристорів.
Якщо. то згладжує реактор не потрібен.
Згладжує реактор вибирають по встановленим параметрам індуктивності і струму:
Остаточний вибір реакторів на стороні випрямленої струму виробляють за максимальною величиною або.
2.3. Визначення розрахункових параметрів силового ланцюга
«Тиристорний перетворювач - двигун»
Розрахунковий опір якірного ланцюга системи ТП - ДПТ, Ом,
де - активний опір якірного ланцюга двигуна (2.1); - активний опір перетворювача (2.22); - активний опір струмового шунта (2.34); - активні опори зрівняльного (при його наявності) і згладжує реакторів.
Активні опору реакторів можуть бути визначені через втрати в міді обмотки реактора від номінального струму реактора, т. Е.. При відсутності паспортних даних на реактор можна наближено прийняти за формулою (2.35) або
Розрахункова індуктивність якірного ланцюга системи ТП - Д, Гн:
де - індуктивність якірного ланцюга двигуна (2.3); - індуктивність трансформатора (2.17); - індуктивність зрівняльного (2.31) і згладжує (2.42) реакторів.
Після визначення параметрів силового ланцюга системи ТП - Д необхідно перевірити правильність попереднього розрахунку фазной ЕРС вторинної обмотки трансформатора з урахуванням отриманих значень опорів елементів силового ланцюга. Тобто необхідно оцінити, чи забезпечує обраний трансформатор необхідний режим приводу при максимальній швидкості і максимальному струмі якоря, рівним току відсічення.
Таку оцінку можна зробити на основі рівняння для якірного ланцюга двигуна:
де для нереверсивного приводу і для реверсивного; Rя.ц - визначено виразом (2.43); KU - наведені в табл. 2.1.
З формули (2.46) визначимо
Якщо. то обраний трансформатор забезпечує максимальний режим роботи електроприводу. В іншому випадку слід вибрати інший трансформатор підвищеної потужності і повторити необхідні розрахунки.
3. РОЗРАХУНОК СТАТИЧНИХ
І ДИНАМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК
У розімкнутої системи ТП - Д
3.1. Розрахунок регулювальних характеристик
тиристорного перетворювача
Функціональна схема тиристорного перетворювача зображена на рис. 3.1.
ТП включає в себе керований випрямляч UZ. систему імпульсно-фазового управління (СІФУ) UA. силовий трансформатор Т (можливо і бестрансформаторних харчування), УР і СР, представлені однією індуктивністю L.
Мал. 3.1. Функціональна схема тиристорного перетворювача
Вхідним сигналом ТП є [7] напруга управління. а вихідним - ЕРС перетворювача. Регулювальна характеристика ТП являє собою залежність. яку можна представити у вигляді
де - коефіцієнт посилення ТП, в загальному випадку величина нелінійна.
Залежність визначається формою опорного напруги СІФУ. Регулювальну характеристику ТП для схем, наведених
в табл. 2.1, розраховують для режиму безперервних струмів по [7, 8]:
де - максимальне значення ЕРС перетворювача при куті регулювання.
Відповідно до табл. 2.1
де - діюче значення вторинної фазної ЕРС трансформатора.
Закон зміни кута від залежить від форми опорного напруги СІФУ. Найбільшого поширення набули СІФУ з косинусоидальной і пилкоподібним опорними напруженнями.
Мал. 3.2. Формування імпульсів в СІФУ з опорною напругою у вигляді пилки
Мал. 3.3. Формування імпульсів в СІФУ з опорною напругою у вигляді косинусоид
На рис. 3.2 і 3.3 показаний процес напруги на аноді відповідного тиристора. Для реверсивних ТП знакозмінні і, відповідно, робочим ділянкою є як позитивна, так і негативна частина.
Для пилообразного (рис. 3.2) справедливо
Аналогічно для косинусоїдального (рис. 3.3):
Таким чином, при пилкоподібної формі регулювальна характеристика ТП нелінійна і має вигляд, зображений на рис. 3.4. Для косинусоїдального регулювальна характеристика носить лінійний характер і не залежить від (рис. 3.5).
Мал. 3.4. Регулювальні характеристики тиристорного перетворювача
з пилкоподібним опорною напругою
Залежність від напруги в разі пилообразного є недоліком такого типу СІФУ, тому при необхідності лінеарізуют залежність включенням на вході СІФУ підсилювача з нелінійної
амплітудної характеристикою виду. В цьому випадку
регулювальні характеристики ТП будуть збігатися з характеристиками,
показаними на рис. 3.5.
Мал. 3.5. Регулювальні характеристики тиристорного перетворювача
з синусоїдальним опорною напругою
У найбільш якісних СІФУ використовуються косинусоидальной опорні напруги.