I. Исследование трёхфазного мостового выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке

Санкт-Петербург

2013г.

 

 

Содержание

стр.

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

I. Исследование трёхфазного управляемого выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке………………………………………………….………....5

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

2. Исследование аномальных режимов управляемого выпрямителя………...12

3.Полный отказ в работе двух плеч моста Т3 и Т4………….………………..13

4.Включение тиристора аномальным импульсом……………………………..15

5. Асимметрия импульсов управления…………………………………………19

 

II. Исследование трехфазного управляемого выпрямителя при нагрузке на противо – ЭДС………………………………..………………………………...21

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

2. Нормальный режим управляемого выпрямителя с нагрузкой на противо – ЭДС……………………………………………………………………………….23

3. Зависимость α=f(E)……………………………………………………………………….24

4. Аномальный режим управляемого выпрямителя с нагрузкой на противо –ЭДС………………………………………………………………………………25

Вывод……….……………………………………………………………………26

Список используемой литературы……………………………………………..27

 

 

Задание:

I. Исследование трехфазного мостового выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке

 

1. Нормальный режим работы (сопротивление обмотки возбуждения).

-рассчитать и построить переходные процессы (i_в=f(t)) при заданных параметрах обмотки возбуждения и Lγ=0,1L_я, α=0.

- рассчитать и построить регулировочные характеристики при L_в=(0;10²;10³) L_я. Определить амплитуды, состав гармоник при трех значениях α=0;60;75.

-рассчитать и построить внешние характеристики при Lγ=(0;0,1;0,5) L_я.

 

2. Аномальный режим работы.

- рассчитать и построить кривые токов и напряжений при трех видах аномальных режимов в соответствии с плакатами №5, №6, №7 и сравнить с кривыми нормального режима. Объяснить и описать их диагностику.

II. Исследование трехфазного мостового выпрямителя при нагрузке на противо – ЭДС.

1. Нормальный режим работы.

-рассчитать и построить кривые токов и напряжений при двух значениях α=0; α≠0 и I_дв=I_н в соответствии с плакатом №9. Сравнить два режима по составу гармоник. Простроить зависимости α=f(E) при постоянном пусковом токе.

2. Аномальный режим работы.

- рассчитать и построить кривые токов и напряжений при трех видах аномальных режимов в соответствии с плакатом №10. Объяснить поведение кривых при аномальных режимах и описать их диагностику.

 

 

Данные двигателя (вариант №6)

 

Мощность – 24 кВт

Напряжение – 440 В

Номинальная частота вращения – 2120 об/мин

Максимальная частота вращения – 3500 об/мин

КПД – 90.5%

Сопротивление обмотки якоря Rя – 0.125 Ом

Индуктивность обмотки якоря Lя – 5.3 мГн

Сопротивление обмотки возбуждения Rв – 23.7 Ом

Индуктивность обмотки возбуждения Lв = (0; ; )Lя

 

 

Питание выпрямителя осуществляется от сети напряжением U=380 B через трансформатор. Приведенная ко вторичной обмотке индуктивность рассеивания L фазы Lγ составляет Lγ= (0;0,1;0,5) Lя.

 

II. Исследование аномальных режимов управляемого выпрямителя

 

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 1.9).

 

 

Рис 1.9 Схема управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой

 

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 два 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. Наша задача состоит в определении вентилей или одного вентиля вышедшего из строя.

 

 

Список литературы.

 

1. Учебное пособие «Полупроводниковые преобразователи» часть 1. В.Д. Кулик

2. Конспект лекций «Преобразовательная техника». В.Д. Кулик

3. Учебное пособие «Аномальные режимы работы полупроводниковых выпрямителей и их диагностика» В.Д.Кулик, В.И. Королев

 

Санкт-Петербург

2013г.

 

 

Содержание

стр.

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

I. Исследование трёхфазного управляемого выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке………………………………………………….………....5

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

2. Исследование аномальных режимов управляемого выпрямителя………...12

3.Полный отказ в работе двух плеч моста Т3 и Т4………….………………..13

4.Включение тиристора аномальным импульсом……………………………..15

5. Асимметрия импульсов управления…………………………………………19

 

II. Исследование трехфазного управляемого выпрямителя при нагрузке на противо – ЭДС………………………………..………………………………...21

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

2. Нормальный режим управляемого выпрямителя с нагрузкой на противо – ЭДС……………………………………………………………………………….23

3. Зависимость α=f(E)……………………………………………………………………….24

4. Аномальный режим управляемого выпрямителя с нагрузкой на противо –ЭДС………………………………………………………………………………25

Вывод……….……………………………………………………………………26

Список используемой литературы……………………………………………..27

 

 

Задание:

I. Исследование трехфазного мостового выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке

 

1. Нормальный режим работы (сопротивление обмотки возбуждения).

-рассчитать и построить переходные процессы (i_в=f(t)) при заданных параметрах обмотки возбуждения и Lγ=0,1L_я, α=0.

- рассчитать и построить регулировочные характеристики при L_в=(0;10²;10³) L_я. Определить амплитуды, состав гармоник при трех значениях α=0;60;75.

-рассчитать и построить внешние характеристики при Lγ=(0;0,1;0,5) L_я.

 

2. Аномальный режим работы.

- рассчитать и построить кривые токов и напряжений при трех видах аномальных режимов в соответствии с плакатами №5, №6, №7 и сравнить с кривыми нормального режима. Объяснить и описать их диагностику.

II. Исследование трехфазного мостового выпрямителя при нагрузке на противо – ЭДС.

1. Нормальный режим работы.

-рассчитать и построить кривые токов и напряжений при двух значениях α=0; α≠0 и I_дв=I_н в соответствии с плакатом №9. Сравнить два режима по составу гармоник. Простроить зависимости α=f(E) при постоянном пусковом токе.

2. Аномальный режим работы.

- рассчитать и построить кривые токов и напряжений при трех видах аномальных режимов в соответствии с плакатом №10. Объяснить поведение кривых при аномальных режимах и описать их диагностику.

 

 

Данные двигателя (вариант №6)

 

Мощность – 24 кВт

Напряжение – 440 В

Номинальная частота вращения – 2120 об/мин

Максимальная частота вращения – 3500 об/мин

КПД – 90.5%

Сопротивление обмотки якоря Rя – 0.125 Ом

Индуктивность обмотки якоря Lя – 5.3 мГн

Сопротивление обмотки возбуждения Rв – 23.7 Ом

Индуктивность обмотки возбуждения Lв = (0; ; )Lя

 

 

Питание выпрямителя осуществляется от сети напряжением U=380 B через трансформатор. Приведенная ко вторичной обмотке индуктивность рассеивания L фазы Lγ составляет Lγ= (0;0,1;0,5) Lя.

 

I. Исследование трёхфазного мостового выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке

Особенностью работы выпрямителя на такую нагрузку является то, что ток через индуктивность, в отличии от напряжения, не может меняться мгновенно.

 

Рис.1 Принципиальная схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку.

 

Ucb Uab Uac Ubc Uba Uca

Рис.1.1 Кривые мгновенных линейных напряжений.

 

На рис.1.1 приведена схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя. Для рассмотрения работы этой схемы, построим линейные напряжения (рис 1.1). Угол управления отсчитывается от точек естественного отпирания вентилей. Импульсы управления подаются на те тиристоры, потенциал анода которых в рассматриваемый момент времени имеет наивысшее значение по отношению к потенциалу анода остальных тиристоров.

Рис.1.2 Расчетная схема мостового управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой в пакете MatLab (Simulink).

 

а)

б)

в)

Рис.1.3 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 0º,

Lγ =0.001Гн, L_B=0.053 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

При угле управления α = 0^о 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 Т6 будет приложен положительный потенциал, а к их катодам – отрицательный, что приведет к их открываю. Ток будет протекать по цепи a –La – a’ – T1 – R_н –Lн – T6 – b’ – Lв – b.

Далее точка b становиться более положительна по сравнению с точкой с. Из-за этого разность потенциалов у линейного напряжения u_ac становиться большей по сравнению с остальными напряжениями. В этот момент подаются импульсы управления на тиристоры Т1 и Т2. Возникает контур коммутации встречно току тиристора Т6. Ток Т6 снижается до нуля и тиристор закрывается. После этого ток начинает протекать по контуру

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

 

а)

 

б)

в)

Рис.1.4 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 75º,

Lγ =0.001Гн, L_B=0.053 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

Для рассмотренного случая (α = 75º,) в момент времени, когда потенциал точки а’ больше потенциала точки b’ и ток проводят тиристоры Т1, Т6 по цепи a – Ra – La – a’ – T1 – R_н –Lн – T6 – b’ – Lв – Rв – b. В момент времени t1 (рис. 1.4а) когда потенциал точки а становиться более положителен по отношению к потенциалу точки с, ток проводиться по прежнему тиристорами Т1 и Т6. Это происходит благодаря накопленной электромагнитной энергии в катушке индуктивности W_L= . В момент времени t2 (рис. 1.4а), когда u_bc становится более положительным по сравнению с напряжением u_ab, к тиристору Т6 должно приложиться запирающее напряжение. Но в катушке индуктивности чтобы поддержать течение тока в предыдущем направлении возникает ЭДС самоиндукции, которая преодолевает линейное напряжение u_bс до тех пор пока на тиристор Т2 не подадут импульс управления, момент t3 (рис. 1.4а). После этого возникнет контур коммутации в – Rв – Lв – в’ – T6 – T2 – с’ – Lс – Rс – с, встречный току Т6, который впоследствии зарывается.

 

а)

б)

в)

Рис.1.5 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 0º,

Lγ =0.001Гн, L_B=0. 53 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

Из рисунка 1.5 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.). В результате гармонического анализа, проведенного для различных углов управления, мы получили зависимости величин гармоник тока сети и напряжения на нагрузке от угла α. Данные проведённых исследований представлены в таблицах 1 и 2. 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.

 

а)

б)

в)

Рис.1.6 Временные диаграммы токов и напряжений схемы с активно-индуктивной нагрузкой, при угле управления тиристорами 75º,

Lγ =0.001Гн, L_B=5,3 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

На рис. 1.6 3 гармоника третья гармоника напряжения больше, чем первая. Средне выпрямленное напряжение на нагрузке = 117В Но благодаря большой индуктивности ток на нагрузке практически не имеет пульсаций. При угле регулировании ›60⁰ происходит рекуперация энергии в сеть.

 

Таблица №1 Амплитуды гармоник (В), входящих в

состав выпрямленного напряжения.

		Напряжение на нагрузке
№ гармоники	Угол
		439,62	33,34	10,03	4,47	3,99
		219,87	134,62	66,56	44,35	32,92
Амплитуда		117,32	148,97	73,95	49,43	36,85

 

 

Таблица №2 Амплитуды гармоник (А),

входящих в состав тока фазы А.

		Сетевой ток
№ гармоники	Угол
		20,24	3,9	2,71	1,58	1,25
		9,82	1,96	1,57	0,97	0,92
		5,21	1,03	0,97	0,55	0,62
Амплитуда

 

 

Рис.1.7 Внешняя характеристика управляемого выпрямителя при разных индуктивностях рассеивания Lγ

 

Рис.1.8 Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой при Lв=0,053 Гн; 0,53 Гн; 5,3 Гн.