Энергетические показатели силовых схем УВ

Количественные показатели работы силовой схемы управляемых выпрямителей характеризуются следующими коэффициентами:

 

1) коэффициентом схемы К_сх=U_d/U₂,

где U₂ - напряжение вторичной обмотки трансформатора,

U_d - среднее значение выпрямленного напряжения;

 

2) коэффициентом пульсаций К_п=U_пmax/U_max,

где U_пmax - максимальная амплитуда пульсаций,

U_max - амплитуда выпрямленного напряжения;

 

3) коэффициентом использования трансформатора К_и=S_т/P_d,

3)где S_т - полная мощность трансформатора,

3)P_d - выпрямленная мощность в нагрузке.

3)Отметим следующие соотношения для расчета тока и напряжения тиристора, используемые при выборе тиристоров:

 

a) средний ток через тиристор

 I_vs= k_зап×I_d/(n* К_о)     

гдеК_о - коэффициент, учитывающий способ охлаждения тиристора (К_о=1 при водяном охлаждении, К_о=0,3 при естественном воздушном охлаждении, К_о=0,3...0,6 при принудительном воздушном охлаждении);

I_d - средний выпрямленный ток (I_d = I_н),

n - число тактов выпрямления схемы, n=1 (однофазная однополупериодная), n=2 (однофазные нулевая и мостовая),

k_зап=1,25…2,0;

 

b) максимальное напряжение тиристора,

U_{обр.макс.}  =k_зап× ×U_2н                                                                            

 

где k_зап – коэффициент запаса, учитывающий превышение напряжения, k_зап=1,25…2,0.

 

 

Uн

t

0 a~Uc

Zн

0 aUн

0 a

TV1

~Uc

VS2

VS1

VS4

VS3

L1

Zн

1.3 Однофазная мостовая схема

Рисунок 1.2 – однофазная мостовая схема

В курсовом проекте подлежит расчету однофазная мостовая схема управляемого выпрямителя (УВ).

На схеме обозначены: TV1 – согласующий силовой трансформатор, VS1 - VS4 - тиристоры силовой схемы,L1 - сглаживающий дроссель, Z_н - нагрузка.

Импульсы управления подаются синхронно попарно на тиристоры VS1,VS4 и сосдвигом 180^o на тиристоры VS2,VS3.

Схема имеет следующие количественные показатели:

К_сх=0,9, К_п=1,0, К_и=1,1.

 

Основные расчетные соотношения в схеме:

U_vs=К_зап*U₂*Ö2, I_vs= К_зап*I_d/(2* К_о)

Применение схемы: электропривод малой мощности, блоки питания, зарядные устройства.

 

Системы управления УВ

Для управления тиристорными преобразователями наиболее часто применяются системы импульсно-фазового управления (СИФУ), осуществляющие вертикальный способ управления тиристорами. СИФУ позволяют изменять угол регулирования a в пределах от 0 до 180^о, обеспечивая тем самым, изменение выходного напряжения от 0 до номинального значения.

К СИФУ предьявляются следующие требования:

- должна быть обеспечена линейная зависимость угла отпирания тиристора от напряжения управления a=f(U_у) в пределах от 0 до 180^о,

- амплитуда импульса должна быть достаточной для надежного отпирания тиристора (обычно U_уэ = 8…10 В, I_уэ ≤ 1 А),

- импульс управления должен быть узким, с крутым передним фронтом, продолжительностью в 2-3 раза больше, чем время включения тиристора (≥100 мкс).

ГПН

К

Uс

Uу

VS

ИСН

УФ

ГР

Функциональная схема одного канала СИФУ и диаграммы работы его элементов показаны соответственно на рисунке 2 и рисунке 3.

 

 

Рисунок 1.3 - Функциональная схема одного канала СИФУ

 

 

На схеме обозначены:

ИСН - источник синхронизирующего напряжения, обычно выполняется в виде понижающего маломощного трансформатора или(реже) в виде резистивного делителя напряжения. Необходим для синхронизации работы тиристора и его канала управления (СИФУ).

ГПН - генератор периодического напряжения, как правило,линейно нарастающего ("пилообразного").

К - компаратор. Здесь сравниваются дванапряжения - с выхода ГПН и напряжение управления. На выходе компаратора вырабатывается угол регулирования a.

УФ - усилитель-формирователь импульсов управления, формирующий необходимые параметры импульса управления тиристором:амплитуду, длительность и форму.

ГР - гальваническая развязка, необходимая для разделения высокого потенциала силовой части тиристорного преобразователя и низкого потенциаласистемы управления, а также для согласования выходного сопротивления УФ с входным сопротивлением тиристора. Обычно выполняется на импульсном трансформаторе или оптроне.

 

t

t

t

t

t

Uисн

Uгпн

Uк

Uуф

Uгр

Uу

0

0

0

0

0

0

a

a

Ри сунок 1.4 – диаграммы работы канала СИФУ

 

Защита УВ

Силовой согласующий трансформатор и силовая схема УВ должны быть защищены от токов короткого замыкания (к.з.) и токов перегрузки. Как правило, такие виды защит осуществляются автоматическими выключателями (автоматами) с комбинированными расцепителями. Расцепитель токов к.з. рассчитан на мгновенное срабатывание автомата при токе (2…10)I_н, а расцепитель токов перегрузки - на задержанное срабатывание автомата при токе (1,1…2,0)I_н . Номинальный ток автомата выбирается равным или немногим больше номинального тока защищаемого устройства.

Достоинства УВ:

1. Высокий КПД (до 98-99%).

2. Высокая удельная мощность.

3. Естественное закрывание тиристоров.

4. Относительная простота и надежность.

Недостатки УВ:

1. Ухудшение гармонического состава питающей сети.

2. Уменьшение коэффициента мощности при увеличении угла управления.

3. Ограничения по быстродействию.

Область применения УВ:

1. Управляемый электропривод постоянного тока.

2. Электротехнологические установки.

3. Зарядные устройства.

Система управления УВ строится на основе функциональной схемы, приведенной на рисунке 4.