Дипломная работа. объект разработки - вентильный преобразователь привода ножниц обжимного цеха ОАО АМК - файл n3.doc

Дипломная работа. объект разработки - вентильный преобразователь привода ножниц обжимного цеха ОАО АМК
скачать (8704.9 kb.)
Доступные файлы (65):
n1.doc43kb.01.01.2003 03:47скачать
n2.doc114kb.13.06.2008 13:39скачать
n3.doc1671kb.13.06.2008 13:45скачать
n4.doc303kb.13.06.2008 00:00скачать
n5.doc101kb.13.06.2008 00:01скачать
n6.doc30kb.01.01.2003 02:49скачать
n7.doc496kb.21.06.2008 19:01скачать
n8.doc616kb.13.06.2008 01:21скачать
n9.doc367kb.13.06.2008 14:15скачать
n10.doc738kb.01.07.2008 18:39скачать
n11.doc475kb.13.06.2008 14:20скачать
n12.doc808kb.13.06.2008 14:25скачать
n13.doc424kb.01.07.2008 18:41скачать
n14.doc438kb.01.01.2003 04:08скачать
H. simulink-default.doc133kb.14.06.2008 10:41скачать
n17.doc145kb.14.06.2008 10:13скачать
n18.doc143kb.14.06.2008 10:16скачать
n19.doc187kb.14.06.2008 10:21скачать
n20.doc168kb.14.06.2008 09:32скачать
n21.doc92kb.14.06.2008 10:18скачать
n22.doc201kb.14.06.2008 10:35скачать
n23.doc164kb.10.06.2008 05:32скачать
n24.doc320kb.10.06.2008 00:59скачать
n25.doc29kb.12.06.2008 13:07скачать
n26.doc30kb.12.06.2008 16:56скачать
n27.doc29kb.12.06.2008 13:08скачать
n28.doc30kb.13.06.2008 13:30скачать
n29.doc29kb.13.06.2008 13:31скачать
n30.doc30kb.13.06.2008 13:31скачать
n31.doc30kb.13.06.2008 13:32скачать
n32.doc30kb.13.06.2008 13:32скачать
n33.doc27kb.14.06.2008 10:41скачать
n34.doc30kb.13.06.2008 13:34скачать
n35.doc30kb.13.06.2008 13:36скачать
n36.doc38kb.08.06.2008 02:44скачать
n37.doc54kb.10.06.2008 05:47скачать
n38.doc80kb.13.06.2008 13:26скачать
n39.doc38kb.13.06.2008 13:23скачать
n40.doc243kb.01.01.2003 03:37скачать
n41.doc91kb.01.01.2003 04:14скачать
n42.doc59kb.01.01.2003 04:38скачать
n43.cdw
n44.cdw
n45.cdw
n46.cdw
n47.cdw
n48.cdw
n49.cdw
n50.cdw
n51.jpg454kb.01.01.2003 05:06скачать
n52.jpg373kb.01.01.2003 05:07скачать
n53.jpg705kb.01.01.2003 05:12скачать
n54.jpg451kb.01.01.2003 05:14скачать
n55.jpg869kb.01.01.2003 05:16скачать
n56.jpg363kb.01.01.2003 05:17скачать
n57.db
n58.jpg424kb.01.01.2003 05:36скачать
n59.tifскачать
n60.tifскачать
n61.tifскачать
n62.tifскачать
n63.tifскачать
n64.tifскачать
n65.db
n66.tifскачать

n3.doc

1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД

1.1 Короткий опис технологічного процесу цеху
У обтискному стані 1250 вальцюються блюмси, осьова і ковальська заготівки перетином від 300х300 мм до 400х400 мм і сляби шириною від 590 до 1250 мм при товщині від 110 до 320 мм і довжині від 1200 до 6000 мм.

Злитки подаються плавками зі стриперного відділення мартенівського цеху в проліт нагрівальних колодязів, де проводиться нагрів, посадка і видача злитків у прокатку.

Нагрівальні колодязі регенераторні, багатомісні з підігрівом газу і повітря. Кожна група складається з 4-х осередків, що мають загальний димар висотою 50 метрів.

Зіштовхувач злитків подає заготівлі на прийомний рольганг, далі злиток по транспортному рольгангу подається на робочий рольганг, що подає злиток у кліть. За кліттю знаходиться рольганг, що кілька разів повертає розкат. Після закінчення обтиснення готовий виріб подається на ножиці.

Перед прийомним рольгангом установлений рольганг, що підводить, що приймає злитки безпосередньо з кліщового крану №5. Прокачані розкати по рольгангу, що відводить, і рольгангу перед ножицями направляються пересувними бортами в ножиці.

Рольганг, що відсуває, установлений за ножицями гарячого різання і призначений для прийому порізаного розкату, передачі нарізаних блюмсов і слябів на сусідній рольганг збиральних пристроїв і для передачі переднього і заднього кінців, відрізаних від розкату на жолоб конвеєра збирання обрізів. Готові сляби і блюмси після порізки по рольгангу збиральних пристроїв подаються на клеймувальну машину. Порізані і заклеймовані блюмси і сляби проміжним рольгангом і рольгангом збиральних пристроїв подається в збиральні пристрої складу слябів. Зникаючі упори розміщаються під рольгангом збиральних пристроїв для зупинки порізаної штуки перед збиральними пристроями.

Зіштовхувач слябів далі зіштовхує сляби з рольганга збиральних пристроїв на стіл, що штабелює, і зіштовхує стоп-сляби зі столу, що штабелює, на стелажі слябів. Огляд і обробка блюмсів для стану «600» виробляється в південній частині 3-го прольоту адъюстажа і подовжньому прольоті стану «600» на спеціальних стелажах.

1.2 Технологічна характеристика ножиць
Ножиці знаходяться на прикінці стану, на ділянці різання. Ножиці служать для різу на мірні шматки блюмсів та слябів. Технічна характеристика ножиць приведена в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 - Технічна характеристика ножиць


Найменування

Величина

Одиниці вимірювання

Зусилля різання

max 20000

кН

Максимальний розмір разрізаємої сляби

350 1250

мм

Максимальний розмір разрізаємої заготовки

400 400

мм

Температура різання металу

900- 1100

0С

Момент інерції механізму

4341

кгм2

Максимальна кількість різів


13старт-стопів

хв

Потужність двигуна

2 х 3800

кВт

Передаточне число редуктора, і

5





1.3 Технологічні вимоги до електроприводу механізму
До механізму ножиць предявляються наступні технологічні вимоги.

До основних вимог відносяться:

- надійність - це властивість електропривода виконувати вимагаючи функції, зберігаючи свої експлуатаційні показники та характеристики впродовж заданого періоду часу;

- працездатність представляє собою стан електропривода при якому він здатен виконувати свої функції;

- безотказність - це властивість електропривода зберігати свою працездатність в продовж одного часу;

- довговічність - це властивість електропривода зберігати свою працездатність до певного стану.

До спеціальних вимог електропривода ножиць відносяться:

- точна зупинка ножа до 5мм;

- здатність різання різних сортів металу;

- габарити розрізаємого металу 1300 320;

- мінімальна кількість зазорів та люфтів;

- діапозон регулювання - це відношення максимальної швидкості до мінімальної 3 1;

- реверсивність привода.

- тривалість включення - 60%

- регулювання швидкості.

При виборі типу електропривода ножиць необхідно детальне вивчення технологічного процесу, для визначення дійсного навантаження, і режиму роботи ножиць, а також точності зупинки й інших специфічних умов роботи.

1.4 Вибір системи електроприводу, методу регулювання швидкості та гальмування
З метою забезпечення технологічних вимог до електроприводу і виключення виявлених недоліків необхідно вибрати оптимальну систему.

Перед вибором системи електроприводу необхідно з/ясувати, яким типом двигуна буде приводитись в дію механізм.На сьогоднішній день на металургійних підприємствах усі механізми можуть працювати як за допомогою двигуна постійного струму (ДПС), так і від двигуна змінного струму.

До двигунів змінного струму належать асинхронні двигуни (АД) с фазним і короткозамкнутим ротором, та синхронні двигуни.

АД з короткозамкнутим ротором найбільш розповсюджені завдяки своїй простоті у експлуатації недорогою вартістю у порівнянні з другими двигунами. Ці двигуни витримують значні пускові струми, але це викликає великі коливання напруги у мережі.

Синхронні двигуни (СД) застосовуються у механізмах, які працюють у довготривалому режимі з постійною швидкістю. СД відрізняються від усіх двигунів змінного струму великим коефіцієнтом корисної дії, коефіцієнтом потужності cos, і навіть випереджаючим cos, що дозволяє працювати СД в якості синхронного компенсатора, який дозволяє віддавати у мережу реактивну енергію.

В механізмах з особливими вимогами що до експлуатації використовуються ДПС. Вони мають великі можливості для регулювання швидкості, також стабілізації роботи ЕП.

ДПС надійні у експлуатації, забезпечують великий проміжок пускових моментів, від 1,8 до 2,7 кНм. В залежності від умов технологічного процесу використовуються двигуни з паралельною, незалежною, послідовною та змішаною системою збудження, що дозволяє вести технологічний процес у кращому режимі роботи. ДПС можуть працювати в усіх відомих режимах роботи.

Для механізму ножиць обираємо ДПС незалежного збудження.

Для двугунів постійного струму існують наступні системи електроприводу:

- джерело постійного струму - ДПС з контролерною чи релейно-контакторною схемою керування;

- генератор постійного струму - ДПС (Г-Д)

- тиристорний перетворювач - ДПС (ТП-Д)

Для механізму ножиць обираємо систему : тиристорний перетворювач ДПС .Тому що двигун має велику потужність і ця система витримує навантаження, двигуна на відмінність від ситсеми джерело постійного струму - ДПС з контролерною чи релейно-контакторною схемою керування. Також система ТП-Д економічніше на відмінність від системи генератор постійного струму - ДПС.

У ДПС регулювання швидкості обертання регулюється трьома засобами: реостатом у колі якоря, регулюванням напруги живлення та зміною величини магнітного потоку.

Обираємо регулювання швидкості за допомогою регулюванням напруги живлення. Цей засіб дозволяє одержати механічні характеристики необхідної форми, стабілізувати або змінювати швидкість по заданим законам.

ДПС забезпечують всі існуючі режими гальмування:

- динамічне, з незалежним збудженням;

- динамічне з самозбудженням;

- рекуперативне.

Обираємо рекуперативне гальмування тому, що це гальмування дозволяє економічніше використовувати електроенергію. Гальмування здійснюється наступним чином: при роботі двигуна в генераторному режимі, реверсивний перетворювач можна перевести в інверторний режим. В цьому режимі постійний струм машини перетворюється на змінний і енергія змінного струму віддається в мережу. В інверторному режимі тиристори відпираються при куті регулювання >900. В випрямленому режимі тиристори відпираються при куті регулювання <900.
1.5 Перетворювачі

1.5.1 Систематизація перетворювачів
Силові напівпровідникові перетворювачі можна систематизувати за різними критеріями. Найчастіше це проводиться відповідно до принципових особливостей схеми та функціональним призначенням.

Систематизація перетворювачів відповідно до принципових особливостей схеми пов'язана з їхнім функціональним призначенням.

З урахуванням області застосування перетворювачі можна видилити декілька груп: для промислових електроприводів; тягових електроприводів; агрегатів безперебійного й резервного живлення; гальванотехніки й електрохімії; індукційного нагрівання; печей опору та освітлення; пристроїв комутації змінного та постійного току; зварювання; збудження синхронних машин; живлення електромагнітів; зарядки акумуляторних батарей; електростатичних установок; катодного захисту металевих конструкцій; ліній електропередачі високої й надвисокої напруги; компенсації реактивної енергії.

Ця класифікація не є вичерпною та повною. Застосування напівпровідникових перетворювачів поширюється на нові області людської діяльності. Перетворювачі не тільки витісняють виготовлене раніше й експлуатоване дотепер устаткування, але й дозволяють здійснювати нові технічні рішення, які взагалі не були можливі при використанні класичних електротехнічних апаратів та пристроїв.

Систематизація перетворювачів відповідно до потужності не має в літературі єдиних, нормалізованих критеріїв та використається рідко. У звичайній практиці й з урахуванням специфічних особливостей перетворювачів в окремих діапазонах потужностей можна розділити силові перетворювачі на наступні групи:

- малої потужності - до 10 квт;

- середньої потужності - від 10 до 250 квт;

- великої потужності - від 250 квт до 1 Мвт;

- надвеликої потужності - більше 1 Мвт.

Перетворювачі малої потужності до 10 квт мають у більшості випадків компактне або убудоване виконання й спеціальне цільове призначення. Серійність їхнього виготовлення відносно велика. Якщо вони не мають убудованого виконання, то, як правило, мають високий ступінь захисту, а іноді масляне охолодження. Останнім часом як основні елементи силових ланцюгів у них використаються силові транзистори.

Перетворювачі середньої потужності від 10 до 250 квт є найпоширенішими. Вони виконуються конструктивно у вигляді шафи, останнім часом з використанням уніфікованих блоків і вузлів. У них застосовуються тиристори й діоди зі штировим корпусом й інтегральні силові напівпровідникові модулі з номінальним струмом до 160 - 250 А. Вони звичайно мають власне природне або примусове повітряне охолодження й відносно низький ступінь захисту. Шафи мають звичайно стандартизовані розміри, щоб забезпечити можливість їхньої установки в загальний щит з однобічним доступом. Звичайно їх випускають у різному виконанні по потужності у вигляді стандартних перетворювальних установок зі стандартними ланцюгами керування й спеціально не пристосовують до пристроїв, які від них живляться. Шафи встановлюють у звичайних приміщеннях з нормальними кліматичними умовами. Пристрої, що живляться від них, можуть перебувати на відстані десятків і навіть сотень метрів, причому часто використовується дистанційне керування та контроль.

Перетворювачі великої потужності від 250 квт до 1 Мвт також відносяться до виробів силової електроніки. Конструктивно вони виконуються у вигляді шаф. В них використовується таблеткові тиристори й діоди, часто з водяним охолодженням. Вони звичайно мають спеціальне призначення, наприклад: перетворювачі для тягових електродвигунів, для прокатних станів, для порушення синхронних машин, для транспортерів, для насосів, для індукційного нагрівання й т.п. Вони поставляються разом з тим технологічним устаткуванням, для живлення якого призначені. Складні технологічні регулятори звичайно розміщають у спеціальній шафі інформаційної електроніки. Останнім часом такі перетворювачі забезпечуються мікропроцесорним керуванням або ж управляються від тієї ж керуючої ЕОМ, що й вся технологічна лінія або весь виробничий процес.

Перетворювачі надвеликої потужності понад 1 Мвт завжди мають спеціальне призначення. У них часто використовується паралельне й послідовне з'єднання таблеткових напівпровідникових приладів з водяним або випарним охолодженням. Вони застосовуються в електроприводах граничної потужності, наприклад в електроприводах обертових цементних печей, млинів, шахтних підйомників, прокатних станів, локомотивів, судів, а також для ліній електропередачі надвисокої напруги, у статичних компенсаторах і для установок індукційного нагрівання. Конструктивно вони виконуються у вигляді ряду шаф або у вигляді самостійної частини будівельної конструкції - у спеціальному кліматизованому залі.

При систематизації перетворювачів відповідно до потужності необхідно врахувати, що цей критерій застосовується тільки до перетворювачів однакового функціонального призначення й із приблизно однаковими технічними параметрами. Наприклад, перетворювач частоти з певною вихідною потужністю буде приблизно в 2 рази більше, ніж керований випрямляч такої ж потужності. Тому що крім випрямляча він містить ще й такий же або навіть більший інвертор. Аналогічно цьому інвертор з більшим діапазоном регулювання буде більше й дорожче інвертора тієї ж потужності, але з меншим діапазоном регулювання. На габарити й ціну перетворювача впливають також кліматичні умови, ступінь захисту й інші технічні вимоги.

Конструкція перетворювачів повинна відповідати кліматичним умовам, у яких вони будуть працювати, і потужності втрат, яку потрібно від них відвести. Питання про те, чи потрібно перетворювач пристосувати до умов навколишнього середовища або краще створити відповідні кліматичні умови для даного перетворювача? Виготовлення перетворювача у виконанні, що задовольняє несприятливим кліматичним умовам, збільшує його вартість, однак чимало коштує й створення нормальних кліматичних умов у приміщенні для перетворювача. Як правило, виявляється дешевше купити звичайний перетворювач, що випускає серійно, та розмістити його в приміщенні з нормальними кліматичними умовами.

Відповідно до конструкції перетворювачі можна розділити на ті що вбудовують, компактні, шафи та камерні.

Перетворювач, що вбудовується, являє собою комплектний пристрій, що звичайно без усякого захисного кожуха встановлюється й закріплюється усередині устаткування, для якого перетворювач призначений. Електричні з'єднання силових і керуючих ланцюгів забезпечуються гвинтовими затискачами або електричними розніманнями.

Перетворювачі, що вбудовуються, використовуються, наприклад, в обробних і текстильних верстатах, підйомниках, транспортних механізмах і т.д. Перетворювач у цьому випадку є невід'ємною складовою частиною цього встаткування, він пристосований до нього своєю формою, способом охолодження, ступенем захисту й кліматичним виконанням.

Компактна конструкція перетворювача характерна тим, що конструктивні рішення її механічної й електричної частин спрямовані на можливо більше тісне розміщення всіх його елементів і вузлів з урахуванням припустимих відстаней між струмоведучими частинами й мінімальними шляхами струмів витоку по поверхні ізоляції. Перетворювач оформляється у вигляді єдиної конструкції й закривається захисним металевим, а іноді ізоляційним кожухом. Силові й керуючі ланцюги перебувають у тісній близькості, іноді прямо на загальній панелі. Тому що компактні перетворювачі мають відносно невелику потужність втрат, їхнє охолодження в більшості випадків виконується природним повітряним шляхом. Іноді використовується невеликий вентилятор для забезпечення хоча б мінімального примусового руху повітря в перетворювачі. Елементи, у яких виникають найбільші втрати тепла (такі, як діоди, тиристори, транзистори, шунти, резистори й т.п.), іноді кріпляться через прокладку до внутрішньої поверхні кожуха, що забезпечує тепловий контакт й охолодження через кожух. Як прокладка використаються електроізоляційні, але добре провідні тепло пластинки зі слюди, поліетілєна або корунду. Більшим прогресом у цьому напрямку є застосування інтегральних силових напівпровідникових модулів з ізольованою підставою, які можна встановлювати безпосередньо на стінки кожуха перетворювача, що служать охолоджувачами.
1.5.2 Некерований випрямляч трифазного струму
За винятком випадків, коли єдино можливим джерелом живлення є мережа однофазного змінного струму, живлення постійним струмом споживачів середньої й більшої потужності виробляється від трифазних випрямлячів. При випрямленні трифазного змінного струму, як відзначалося, досягається краща якість випрямленої напруги за рахунок зниження амплітуди пульсацій. Напруга трифазних випрямлячів до того ж легше піддається згладжуванню, тому що частота пульсацій тут істотно вище, ніж в однофазних випрямлячах. Полегшуючим фактором у побудові випрямних установок розглянутого діапазону потужностей служить і менше завантаження вентилів трифазних схем по струму й напрузі.

З випрямлячів трифазного струму переважне застосування на практиці одержала трифазна мостова схема (схема Ларіонова), тому її аналізу приділяється найбільша увага.

Схема трифазного мостового випрямляча, яка зображена на рисунку 1.1 містить випрямний міст із шести вентилів. У нижній групі вентилі з'єднані катодами (катодна група), а у верхньої - анодами (анодна група). Навантаження підключається між крапками з'єднання катодів й анодів вентилів. Схема допускає з'єднання як первинних, так і вторинних обмоток трансформатора зіркою або трикутником. Вона може бути застосована й без трансформатора.

Аналіз схеми проводиться при активно-індуктивному навантаженні, найпоширенішої на практиці. Індуктивності розсіювання обмоток трансформатора й індуктивності живильної мережі приймаються спочатку рівними нулю, а індуктивність LH -> ?. Розгляд проводиться з викорис-танням часових діаграм, наведених на рисунку 1.2, б) - ж).

В мостовій схемі струм навантаження створюється під дією лінійної напруги. Струм навантаження тут протікає через два вентиля, один із яких розташований у катодній групі, а іншої - в анодній. Контур струму навантаження при відкритих вентилях 1 й 6 показаний на схемі рисунку 1.2.

З катодної групи у відкритому стані буде перебувати той з вентилів, напруга анода якого має позитивну полярність щодо нульового виводу (фазна напруга) і найбільшу величину в порівнянні з іншими вентилями. З анодної групи відкритий стан приймає той з вентилів, напруга катода якого в цей момент є найбільшим і має негативну полярність.


Рисунок 1.1 – Принципова схема некерованого випрямляча
Іншими словами, у провідному стані будуть перебувати ті два навхрест лежачі вентилі випрямного моста, між якими діє в провідному напрямку найбільша лінійна напруга. Вкажемо на діаграмах фазних напруг, зображених на рисунку 1.2 б), інтервали провідності вентилів: на інтервалі ?1 – ?2 проводять вентилі 6, 1, на інтервалі ?2 – ?3 — вентилі 1, 2, на інтервалі ?3 – ?4 — вентилі 2, 3, на інтервалі ?4 – ?5 вентилі 3, 4, і т.д. Таким чином, інтервал провідності кожного вентиля становить ? = 2?/3, а інтервал спільної роботи двох вентилів дорівнює ?/З. За період напруги живлення відбувається шість перемикань вентилів. Схема працює в шість тактів, у зв'язку із чим її часто називають шестипульсною.

Визначимо криву випрямленої напруги ud. Найбільше просто це можна зробити, показавши криві зміни потенціалів виводів навантаження ?d(-) і ?d(+) щодо нульового виводу вторинних обмоток трансформатора який зображен на рисунку 1.1. Крива зміни потенціалу ?d(+) формується з ділянок фазних напруг позитивної полярності при провідності вентилів катодної групи, а крива ?d(-) — з ділянок фазних напруг негативної полярності при провідності вентилів анодної групи зображених на рисунку 1.2 б). Різниця зазначених потенціалів визначає напруга наванта-ження ud. Крива ud, показана на рисунку 1.2 в), складається з ділянок лінійних напруг вторинних обмоток трансформатора.

Рисунок 1.2 - Часові діаграми трифазного мостового некерованого випрямляча при LB -> ? (б-ж)
1.5.3 Керований випрямляч
Мостовий керований випрямляч трифазного струму.

Трифазна мостова схема набула переважливого застосування при побудові керованих випрямлячів трифазного струму. Аналіз схеми випрямляча, зображеного на рисунку 1.3, спочатку проведемо при xaa = xab = xac = О, а потім укажемо їхній вплив.



Рисунок 1.3 - Схема трифазного мостового керованого випрямляча
Особливість роботи керованого випрямляча полягає у затримці на кут ? моменту відмикання чергових тиристорів щодо крапок природного відмикання ?1, ?2, ?3 і т.д., як показано на рисунку 1.4,а). Це обумовлюється затримкою на кут ? моментів подачі імпульсів, що відмикають, на тиристори від системи керування випрямлячем.

Як показано на рисунку 1.4 г при наявності досить великої індуктивності в ланцюзі навантаження затримка вступу в роботі чергових тиристорів створює затримку на такий же кут ? моментів запирання провідних тиристорів. При цьому криві потенціалів ?d(+), ?d(-) і напруги ud здобувають вид, показаний на рисунку 1.4 а), в). В кривій випрямленої напруги створюються «вирізки», внаслідок чого середнє значення напруги Ud зменшується. Таким чином, при зміні кута ? здійснюється регулювання величини Ud.


Рисунок 1.4 - Часові діаграми трифазного мостового керованого випрямляча

Вплив зміни кута ? на криву ud і середнє значення напруги Ud показані на рисунку 1.4, а є. Оскільки в трифазній мостовій схемі випрямленню піддається лінійна напруга, крива ud на малий. 1.4, а г складається з ділянок лінійних напруг вторинних обмоток трансформатора иab , иac , иbc .

При зміні кута ? у діапазоні від 0 до 60°, перехід напруги ud з однієї лінійної напруги на іншу, як показано на рисунках 1.5 та 1.6, здійснюється в межах позитивної полярності ділянків лінійних напруг. Тому форма кривої напруги ud і його середнє значення однакові як при активному, так і при активно-індуктивному навантаженнях.


Рисунок 1.5 – Криві вихідної напруги трифазного мостового керованого випрямляча при Lн -> ? та значенні кута керування 60є>? >30є
При ? > 60° вид кривої ud залежить від характеру навантаження, як показано на рисунках 1.7 та 1.8. У випадку активно-індуктивного навантаження струм id продовжує протікати через тиристори й вторинні обмотки трансформатора після зміни полярності їхньої лінійної напруги, у зв'язку із чим у кривій иа з'являються ділянки лінійних напруг негативної полярності.


Рисунок 1.6 – Криві вихідної напруги трифазного мостового керованого випрямляча при Lн -> ? та значенні кута керування ? = 60є
При LH -> ? ці ділянки тривають до моментів чергового відмикання тиристорів. Рівності площ ділянок та умові Ud = 0 відповідає кут а = 90°, як показано на рисунку 1.8. Значення цього кута характеризує нижня межа регулювання напруги Ud при Lн -> ?. При активному навантаженні ділянки напруги негативної полярності відсутні та у кривій ud при а > 60° з'являються нульові паузи, штрихи на русунку 1.7 й 1.6. Напрузі Ud = 0 тепер буде відповідати значення кута ? = 120є.

Залежність середнього значення випрямленого напруги від кута ? (регулювальна характеристика) при Lн -> ? може бути знайдена усереднен-ням кривій ud на інтервалі ?/3, як показано на рисунку 1.4, в), за формулою
(1.1)
де Ud – випрямлена напруга, В;

U2 – фазна напруга, В.



Рисунок 1.7 – Криві вихідної напруги трифазного мостового керованого випрямляча при Lн -> ? та значенні кута ? 90є>?>60є



Рисунок 1.8 – Криві вихідної напруги трифазного мостового керованого випрямляча при Lн -> ? та значенні кута керування ? = 90є

Ділянка регулювальної характеристики при активному навантаженні при LH = 0 на інтервалі 120є > а > 60° знаходять за виразом
(1.2)

де Ud0 – випрямлена напруга при активному навантаженні, В.
Регулювальні характеристики трифазного мостового випрямляча наведені на рисунку 1.9.

Крива напруги на тиристорі наведена на рисунку 1.4 є). Амплітуда зворотної напруги, як і у некерованому випрямлячі, дорівнює l,045Ud0. Цією величиною визначається тепер не тільки зворотна напруга, але й можливе значення амплітуди прямої напруги на тиристорі при регулюванні кута ?.


Рисунок 1.9 - Регулювальні характеристики трифазного мостового керованого випрямляча
На рисунку 1.10, а д наведені часові діаграми напруг і струмів керованого випрямляча з урахуванням комутаційних процесів, викликаних індуктивними опорами xaa, xab, xac. Комутаційні процеси обумовлені переходом струму з тиристора, що закінчує роботу, на тиристор, що вступає в роботу, як зображено на рисунку 1.10, в), тієї ж тиристорної групи (анодної або катодної). Кожен такий комутаційний процес починається в момент подачі імпульсу, що відмикає, на черговий у порядку вступу в роботу тиристор. Комутація струмів триває протягом інтервалу ? і протікає так само, як й у схемі некерованого мостового випрямляча.

Рисунок 1.10 - Часові діаграми напруг і струмів трифазного мостового керованого випрямляча з урахуванням явища комутації
Вплив комутаційних процесів на форму кривих первинного й вторинного струмів трансформатора, а також на форму кривої напруги на тиристорі показано на рисунку 1.10, г), д). Як й в однофазних схемах, перші гармоніки струмів здобувають результуюче фазове зрушення, який дорівнює ? = ? + ?/2. Процеси комутації не позначаються на величинах максимально можливих прямої й зворотної напруг на тиристорі, які залишаються рівними 1,045Ud0.
1.5.4 Коефіцієнт потужності та К.К.Д. випрямлячів
При роботі пристрою від мережі змінного струму важливо знати характер споживаної їм потужності. Найбільш сприятливим режимом є споживання тільки активної потужності. Це означає, що при синусоїдальній напрузі мережі споживаний струм, також сінусоїдален і не має фазового зрушення щодо живлячої напруги. Однак такий режим не характерний для випрямлячів середньої й великої потужності: споживаний ними струм, як було показано, несінусоїдален, а його перша гармоніка зрушена щодо синусоїди змінної напруги мережі. Наявність фазового зрушення свідчить про те, що випрямляч споживає від мережі крім активної потужності, рівної UdId, також реактивну потужність. Споживання реактивної потужності та наявність у кривій струму вищих гармонійних приводять до збільшення діючого значення струму мережі й росту втрат при передачі енергії до випрямної установки.

Зазначене явище характеризується коефіцієнтом потужності випрямляча:

(1.3)
де P1 – активна потужність, споживана випрямлячем, Вт;

S1 - повна потужність, споживана від мережі змінного струму та рівна добутку діючих значень напруги U1 і струму I1, ВА.

Як відомо кут зрушення ? першої гармоніки споживаного струму щодо напруги живлення залежить від кута керування ? і комутації ? і при Ln -> ?.

Іншими словами, для всіх схем випрямлячів (крім випрямляча з нульовим діодом і мостових несиметричних випрямлячів) коефіцієнт зрушення знаходиться за виразом

(1.4)
де ? – кут керування,°;

? – кут комутації,°.

Співвідношення (1.4) використано для побудови сімейства кривих які показані на рисунку 1.11, що характеризують залежність коефіцієнта зрушення від кута керування ? і кута комутації ?. Згідно із кривими, коефіцієнт зрушення зменшується з ростом кутів ? і ?. При ? = 0 значення cos ? відповідають некерованим випрямлячам.


Рисунок 1.11 - Криві залежності коефіцієнта зрушення від кута керу-вання ? і кута комутації ? керованих випрямлячів
Коефіцієнт перекручування k залежить від схеми випрямляча й характеру навантаження, оскільки від цих факторів залежать амплітуди, а також діючі значення гармонійних у кривій струму Ii.

Як зазначалось процеси комутації слабо позначаються на величині амплітуди гармонійні току i1. Тому для підрахунку коефіцієнта k однофазних випрямлячів (з нульовим виводом і мостового) при LH->? можна скористатися кривою i1. Діюче значення першої гармоніки струму дорівнює , а діюче значення самої кривої, що характеризує знаменник вираження становить Id/n, у зв'язку із чим для однофазних випрямлячів (з нульовим виводом і мостового) маємо вирази
(1.5)

(1.6)

З урахуванням масштабного коефіцієнта 0,9 криві, наведені на рисунку 1.11 характеризують коефіцієнт потужності ? однофазних випрямлячів.

Аналогічно, для трифазної мостової схеми без обліку явища комутації коефіцієнт k можна підрахувати за допомогою кривої i1,. Діюче значення повного струму знаходять по співвідношенню
(1.7)
де Id – випрямлений струм, А;

n – кількість пульсацій.

Коефіцієнт перекручування k і коефіцієнт потужності для трифазного мостового випрямляча становлять



(1.8)

З урахуванням коефіцієнта 0,955 криві, як показано на рисунку 1.11 визначають коефіцієнт потужності трифазного мостового випрямляча. При однакових параметрах навантаження та тому ж самому куті керування ? його коефіцієнт потужності на 5,5% вище, ніж в однофазних випрямлячах.

Регулювання керованих випрямлячів з метою зменшення напруги Ud (зростання кута ?) приводить до зниження їхнього коефіцієнта потужності, що позначається на завантаженні живильної мережі реактивним струмом індуктивного характеру. Для поліпшення якості споживаної енергії від мережі при використанні керованих випрямлячів середньої й великої потужності вживають заходів по компенсації їхнього негативного впливу на живильну мережу. Для цього до питомої мережі керованого випрямляча, підключають генератори реактивної потужності, наприклад синхронні компенсатори або конденсатори. Із цього погляду застосування мережних фільтрів, призначених для виключення з живильної мережі вищих гармонійнійних току, сприятливо позначається й на підвищенні результуючого коефіцієнта потужності випрямної установки.

Важливим напрямком у підвищенні результуючого коефіцієнта потужності живильної мережі є застосування компенсаційних перетворювачів, зокрема випрямлячів зі штучною комутацією струму. У таких випрямлячах комутацію струмів вентилів здійснюють не з відставанням, а з випередженням щодо крапок їхнього природного відмикання, у зв'язку із чим споживаний струм тут має не відстаючий, а випереджальний характер.

Коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) випрямляча характеризується відношенням активної потужності, що віддає в навантаження, до повної активної потужності, споживаним випрямною установкою від живильної мережі. При ідеальному згладжуванні випрямленого струму к.к.д. випрямляча визначають зі співвідношення:

(1.9)
де ??Р - сумарна потужність втрат випрямляча.

Активна потужність втрат складається з наступних складових: втрат у вентилях ?РВ, силовому трансформаторі ?Ртр, дроселі, що згладжує ?Рдр, дільниках напруги й струму (якщо такі застосовуються), а також у допоміжних пристроях (системах керування, сигналізації, охолодження). Загальна витрата потужності на допоміжні потреби звичайно становить 0,5—3% від Рd.

Втрати у вентилях ?РВ складаються із втрат при їхньому перемиканні й втрат від протікання прямого струму. При роботі на частоті 50 Гц втрати при перемиканні можна не враховувати. У результаті можна записати формулою
(1.10)
де тв — кількість вентилів у схемі випрямляча;

?Uа – спадання напруги, В;

?Ia — середній струм вентиля, А.

Втрати в силовому трансформаторі знаходять за формулою
(1.11)

де ∆РС — втрати в сталі трансформатора, Вт;

М — втрати в міді трансформатора, Вт.

Втрати потужності в дроселі, що згладжує, визначаються головним чином активним опором його обмотки і знаходяться за формулою

(1.12)
де Rd – опір обмотки реактора, Ом.

Коефіцієнт корисної дії випрямної установки часто представляють у вигляді добутку к. к. д. трансформатора тр і к. к. д. випрямної частини схеми вс. Другий співмножник без обліку втрат у допоміжних пристроях й ?Рдр приблизно дорівнює к. к. д. використовуваних вентилів:
(1.13)
Величина ?Ua діодів і тиристорів зі зміною режиму роботи змінюється незначно й залежно від їхнього типу становить: 0,3—0,6 В для германієвих діодів, 0,8—1,2 В для кремнієвих діодів й 0,6—1,5 В для тиристорів. Тому к. к. д. вентилів з підвищенням напруги Ud зростає, наближаючись до значення, близькому до одиниці, і робить відносно менший вплив на загальний к. к. д. випрямної установки, чим, зокрема, к. к. д. трансформаторатр.
1.5.5 Перетворювачи для електроприводу постійного струму
Електропривод на основі двигунів постійного струму використається в різних галузях промисловості - металургії, машинобудуванні, хімічної, вугільної, деревообробної та ін. Розвиток електропривода спрямований на створення високопродуктивних машин з високим ступенем автоматизації.

Регулювання швидкості двигунів постійного струму займає важливе місце в автоматизованому електроприводі. Застосування із цією метою перетворювачів є одним з найсучасніших шляхів створення регульованого електропривода постійного струму.

Керування швидкістю двигунів постійного струму здійснено трьома способами:

а) зміною напруги на якорі при незмінному струмі обмотки збудження;

б) зміною струму обмотки збудження при незмінній напрузі на якорі;

в) комбінованою зміною напруги на якорі й струму обмотки збудження.

Напруга на якорі або струм обмотки збудження змінюють за допомогою керованих випрямлячів, з яких найбільше застосування одержали однофазні й трифазні мостові випрямлячі. Відзначимо, що при керуванні двигуном по ланцюзі обмотки збудження керований випрямляч виконується на меншу потужність і має кращі вартісні показники. Однак внаслідок великий постійної часу обмотки збудження електропривод має гірші динамічні властивості (є менш швидкодіючим), чим при керуванні по ланцюзі якоря. Таким чином, вибір ланцюга керування визначається конкретними вимогами до привода.

При роботі з тими або іншими виробничими механізмами часто необхідно змінювати напрямок обертання двигуна (здійснювати реверс). Зміні напрямку обертання звичайно супроводжують такі вимоги, як швидке (і в той же час плавне) гальмування й плавний набір швидкості.

Реверс напрямку обертання приводного двигуна може досягатися зміною полярності підводимої до якоря напруги або зміною напрямку струму обмотки збудження. Із цією метою в ланцюг якоря або обмотки збудження вводять контактний перемикач або використовують два керованих тиристорних перетворювачі.

Так, наприклад, при наборі швидкості в режимі пуску і її стабілізації в умовах підвищення навантаження на валу двигуна тиристорний перетворювач працює в режимі випрямлення, повідомляючи енергію двигуну. При необхідності гальмування та наступної зупинки двигуна надходження енергії до нього від мережі через перетворювач припиняють, переводячи останній у режим інвертування. Машина постійного струму під дією інерційної маси на її валу переходить у режим генератора, повертаючи накопичену енергію через перетворювач у мережу змінного струму (рекуперативне гальмування).
1.6 Система імпульсно – фазового керування

Система керування (СК), що забезпечує подачу відмикаючих імпульсів на тиристори перетворювача будь-якого типу, разом з перетворювачем вирішує комплекс завдань, пов'язаних з формуванням та регулюванням його вихідної напруги.

У ведених мережею перетворювачах із природною комутацією (керованих випрямлячах, ведених інверторах, реверсивних перетворювачах, безпосередніх перетворювачах частоти) існує спільність у реалізації систем керування. Вона обумовлюється ідентичністю керуючого впливу СК на силову схему, яка проявляється в зміні моменту подачі імпульсів на тиристори стосовно кривої напруги мережі що синусоїдально змінюється (тобто кута керування ?).

У силу того, що СК розглянутих перетворювачів здійснюють регулювання фази керуючих імпульсів, їх часто називають системами імпульсно-фазового керування (СИФК).

Загальними вимогами, які пред’являють до системи керування перетворювачем, є:

а) надійне відмикання тиристорів силової схеми у всіх режимах її роботи;

б) плавне (у необхідному діапазоні) регулювання кута ? для подачі керуючих імпульсів на тиристори;

в) висока завадостійкість і надійність.

Синхронні системи імпульсно-фазового керування

Синхронний принцип імпульсно-фазового керування перетворювачами є найпоширенішим. Його характеризує такий функціональний зв'язок вузлів СК, призначених для одержання керуючих імпульсів, при якій синхронізація керуючих імпульсів здійснюється напругою мережі змінного струму.

Сутність синхронного принципу побудови СУ й функціональне призначення її вузлів покажемо на прикладі виконання каналу керування одним тиристором перетворювача. У схему каналу входять генератор опорної напруги ГОН, нуль-орган НО та підсилювач-формувач УФ керуючих імпульсів.

Генератор опорної напруги ГОН формує напругу, що змінюється у часі, и0 синусоїдальної, трикутної, пилкоподібної й іншої форм. За допомогою НО опорна напруга генератора рівняється з керуючою напругою перетворювача. Коли опорна напруга (у процесі його збільшення або зменшення) досягає напруги иуа, на виході НО виникає імпульс, що після попереднього посилення та формування подається в керуючий ланцюг тиристора перетворювача.

Опорна напруга, яка змінюється у часі, створюється за участю напруги мережі змінного струму (однієї або декількох її фаз), у зв'язку із чим опорна напруга та формований імпульс синхронізовані в часі з напругою мережі змінного струму. Шляхом зміни величини напруги иуа здійснюються зрушення в часі вихідного імпульсу та регулювання кута ?, а отже, і вихідної напруги перетворювача.

Керуюча напруга иуа може являти собою різницю (або бути пропорційним їй) деякої напруги, що характеризує регульований параметр (напруга Ud, струм Id частоту обертання якоря двигуна п і т.і.). У цьому випадку система буде охоплена негативним зворотним зв'язком по регульованому параметрі, що забезпечить його стабілізацію. Якщо керуюча напруга використати як змінний сигнал, наприклад синусоїдальної форми низької частоти, то буде здійснюватися модуляція кута ? за синусоїдальним законом, що потрібно для формування кривої вихідної напруги безпосередніх перетворювачів частоти.

Генератор опорної напруги разом з нуль-органом представляють фазопорушній пристрій ФПП, що є найважливішим у синхронній системі керування, який зображен на рисунку 1.12. Оскільки робота ФПП заснована на порівнянні двох напруг (опорної і керуючої), його принцип дії називається вертикальним.



Рисунок. 1.12 - Структурна схема каналу керування тиристором перетворювача при синхронному принципі побудови СК
Синхронні системи керування багатофазними перетворювачами можуть бути виконані по багатоканальному й одноканальному способам.

У багатоканальній системі керування, зображеної на рисунку 1.13, регулювання кута ? здійснюється від загальної керуючої напруги при виконанні кожного каналу по типу рисунка 1.12.

Кількість каналів дорівнює числу тиристорів у схемі перетворювача (так, в СК трифазного мостового керованого випрямляча число каналів дорівнює шести). При відповідної синхронізації фазопоршуних пристроїв від мережі змінного струму (фазировки) система формує для тиристорів у фазах а, b, с керуючі імпульси, симетричні щодо крапок природного відмикання, що потрібно для роботи схеми.

Багатоканальний спосіб керування одержав широке розповсюдження завдяки простоті виконання СК, уніфікації її вузлів, а також застосовності для різного типу перетворювачів. Разом з тим у таких системах пред'являються підвищені вимоги до ідентичності регулювальних характеристик фазопорушних пристроїв ? = F(uya) окремих каналів у всьому діапазоні зміни керуючої напруги. Розходження регулювальних характеристик приводить до відмінності кутів ? по каналах керування тиристорами, асиметрії керуючих імпульсів, що створює, наприклад, у керованих випрямлячах додаткові низькочастотні пульсації випрямленої напруги.

Рисунок 1.13 - Структурна схема багатоканальної системи керування перетворювачем

В одноканальній системи керування регулювання фазового зрушення керуючих імпульсів виробляється по одному каналі за допомогою загального фазопорушного пристрою, імпульси якого потім розподіляються по ланцюгах формування імпульсів, що запускають, для кожного з тиристорів перетворювача. Завдяки застосуванню загального фазопорушного пристрою одноканальна система здатна забезпечити найвищі вимоги відносно симетрії керуючих імпульсів. Однак через ускладнення систему керування, особливо для реверсивних перетворювачів і БПЧ, одноканальний спосіб побудови СУ менш розповсюджений

Асинхронні системи імпульсно-фазового керування.

У розглянутих синхронних системах керування момент одержання керуючого імпульсу (тобто кут керування ?) відраховується від деякої крапки напруги живильної мережі (наприклад, від моменту його переходу через нуль). Така синхронізація від напруги живильної мережі здійснюється за допомогою генератора опорної напруги. Початок відліку кута ? або збігається з моментом синхронізації, або зрушено щодо нього на деякий постійний фазовий кут.

В асинхронних системах керування зв'язок у часі керуючих імпульсів з відповідними крапками напруги живильної мережі відіграє допоміжну роль, наприклад служить для обмеження мінімальних і максимальних значень кутів керування ?. Самі ж керуючі імпульси одержують без синхронізації вузлів системи керування напругою мережі змінного струму. Фазопорушний пристрій, принципово необхідний для синхронних систем, тут відсутній.
1.7 Засоби захисту напівпровідникових перетворювачів
Через чутливість кремнієвих вентилів до перевантажень, коротким замиканням та перенапругам для забезпечення надійної роботи перетворювачів, пред'являються наступні основні вимоги до систем захисту:

- Максимальна швидкодія з метою обмеження аварійних струмів по тривалості й амплітуді.

- Обмеження всіх видів зовнішніх та внутрішніх перенапруг до припустимого рівня.

- Безвідмовність у роботі при різних видах ушкоджень.

- Відключення ушкодженої ділянки не повинне вибувати додаткових навантажень на вентилі, що залишилися в роботі, та неприпустимих перенапруг на них.

- Можливість застосування автоматичного повторного включення (АПВ) перетворювачів після роботи захисту за умови ліквідації аварійного процесу.

Крім цих вимог, зв'язаних із властивостями й параметрами кремнієвих вентилів, системи захисту повинні забезпечувати виконання специфічних вимог окремих видів перетворювачів з обліком властивих їм аварійних режимів.

Плавкі запобіжники

Для захисту напівпровідникових перетворювачів від струмів короткого замикання широко застосовуються швидкодіючі плавкі запобіжники, які є найпростішими захисними апаратами.

До швидкодіючих плавких запобіжників,

призначеним для захисту напівпровідникових вентилів, пред'являються більше тверді вимоги, чим до загально промислових плавких запобіжників.

В основному ці вимоги до запобіжників зводяться до наступного:

- повне або часткове узгодження характеристик запобіжника з характеристиками напівпровідникових вентилів;

- висока здатність, що відключає;

- мінімальні втрати при номінальному струмі;

- відсутність змін характеристик у часі при тривалому протіканні номінального струму;

- ефективне обмежування токів;

- мінімальна енергія, що виділяється в напівпровідникових вентилях за час протікання аварійного струму;

- мінімальна напруга дуги, що виникає при спрацьовуванні запобіж-ника, що не повинне приводити до пробою неушкоджених вентилів;

- мінімальні габаритні розміри запобіжників; конструкція та спосіб кріплення повинні забезпечувати зручне компонування напівпровідниковими вентилями.

Швидкодіючі плавкі запобіжники, як правило, забезпечують захист напівпровідникових вентилів лише від струмів короткого замикання та не захищають від перевантаження.

Для правильного вибору плавкого запобіжника потрібно знати наступні дані:

- величину діючого значення струму, що протікає в запобіжнику при нормальному режимі роботи;

- величину амплітудного значення напруги між затискачами запобіжника після його перегоряння;

- величину захисних показників вентиля (теплового еквівалента), а2-сік;

- величину припустимого для вентиля амплітудного значення аварійного струму;

- величину припустимого для вентиля перенапруги, що виникає при перегорянні запобіжника;

- величину аварійного струму, що повинен бути відключений запобіжником.

Автоматичні вимикачі

Достоїнство автоматичних вимикачів у тім, що в них сполучені пристрій захисту та комутаційний апарат, що дозволяє робити обмежене число включень і вимикань перетворювачів у нормальних режимах. Автоматичні вимикачі забезпечують багаторазовість дії та можливість дистанційного керування.

Однак автоматичні вимикачі по швидкодії уступають плавким запобіжникам. Тому автоматичні вимикачі в напівпровідникових перетворювачах можуть бути використані як резервні засоби захисту, що забезпечують відключення перетворювача при відмові основних засобів захисту при перевантаженнях.

Швидкодіючі роз'єднувачі

Швидкодіючі роз'єднувачі відрізняються від автоматичних вимикачів лише тим, що розмикання контактів роз'єднувача виробляється в момент відсутності струму в ланцюзі вентилів, що захищають. Це дозволяє виключити дугогасительну камеру й значно скоротити хід контактів, що дозволяє досягти більшої швидкодії.

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации