Реферат: Расчет непосредственного преобразователя частоты

Открывая поочередно вентили групп I и II, получаем на выходе переменное напряжение с частотой f2. При активной нагрузке выходное напряжение на ней равняется:

m1 – число фаз первичной сети.

a - угол регулирования выпрямителя.

Частота выходного напряжения ниже, чем частота питающей сети f1 и при отсутствии паузы между полупериодами будет:

n=0, 1, 2, 3…

Частота f2 регулируется дискретно. Для плавного регулирования частоты преобразователя необходимо вводить паузу t_п. включением и выключением I и II групп тиристоров. Длительность паузы должна быть не меньше времени запирающих свойств вентилей (t_п t_о ). При активно-индуктивной нагрузке длительность паузы определяется временем спадания до нуля тока вентиля, проводившего ток в момент прекращения подачи импульсов на управляющую группу. Тогда выходная частота будет:

f2=f1*m1*p[p(2n+m1)+j_п *m1

j_п – пауза.

При работе НПЧ на активно-индуктивную нагрузку энергия, накопленная в магнитном поле должна быть возвращена обратно в первичную сеть. Для передачи энергии первичную сеть тиристоры обоих групп переводятся в инверторный режим: первые – при отрицательном, вторые – при положительном напряжении. Перевод групп из выпрямительного режима в инверторный осуществляется системой управления при увеличении угла регулирования a до значений больших 90 эл. градусов.

Недостатком НПЧ является низкий коэффициент мощности при регулировании выходного напряжения вследствие изменения угла регулирования и несинусоидальной формы кривой выходного напряжения, для улучшения которой должен быть применен фильтр, увеличивающий мощность всего преобразователя.

Расчет параметров элементов и их выбор.

Для выбора элементов схемы выпрямителя определим мощность, которую необходимо получить на нагрузке. По условию необходимо регулировать уровнем напряжения до U_{вых. max} = 100 B на нагрузке с параметрами: R_н. = 1 Ом и L_н = 5 мГн. Отсюда определяем максимальную величину тока через нагрузку I_{d max} = U_{d max} / R_н =100 /1= 100 А. Тогда максимальная величина мощности, отдаваемая в нагрузку равна P_max = U_{d max} · I_{d max} = 10 кВ·А.

Так как схема относится к семейству нулевых схем преобразователей, то необходимо использование трансформатора с выводом «нулевых» точек от двух вторичных обмоток. Необходимость в использовании трансформатора объясняется еще тем, что преобразователь будет работать в промышленных условиях со стандартным допуском напряжения питания .

Для выбора основных элементов силовой схемы (трансформатора, тиристоров) управляемого выпрямителя воспользуемся расчетными соотношениями (таб. 1).

Таблица 1.

Расчетные соотношения для условно-шестифазной схемы выпрямления.

Примечание: величины в скобках для идеального выпрямителя без потерь.

Выбор силового трансформатора.

По таблице 1 определяем расчетную габаритную мощность трансформатора.

S_тр. =1,41 Р_d =1,41*10­кВА=14,6 кВА.

Из справочной литературы выбираем специализированный трансформатор ТСП – 160/0,7 – УХЛ4 (соответствует ТУ 16 – 717.052-79. Изготовитель УЭТМ г. Свердловск). Габаритные размеры: длина – L = 625 мм, ширина – В = 305мм, высота – Н = 385 мм. Полная масса 120 кг.

Величины потерь в данном трансформаторе:

Р_х.х. =140 Вт, Р_к.з. = 550 Вт при U_к.з. = 5,2 %, I _х.х. = 10 %.

Расчет паразитных параметров трансформатора.

Выбранный трансформатор имеет габаритную мощность S_тр. = 14,6 кВА.

Найдем габаритную мощность на одну фазу:

P_габ =S_тр /m=14,6*10³ /3=4866,667 ВА.

Схема соединений обмоток «звезда – звезда», следовательно, U_1л =380В и U_{1 ф.} =220В (в соответствии с заданием).

Определим ориентировочную величину коэффициента трансформации c учетом колебаний уровня напряжения в промышленных сетях:

к_тр. =U_{1 ф.} / U₂ =U_{1 ф.} / (0,94 U_d )=(220– 220*0,15)/(0.94*100)=1,989

Номинальный ток в первичной обмотке трансформатора:

I_1ном =P_габ /U_{1 фА} =4866,667/220=22,121 А

Из условий опыта холостого хода определяем:

I_{1 х.х.} =0,1*I_1ном. = 0,1*22,121 = 2,212 А.

Полная кажущаяся мощность холостого хода равна

S_х.х. = U_{1 н.} *I_1х.х. = 220*2,212 = 486,667 ВА.

Угол сдвига тока относительно напряжения

f_хх =arccos(P_хх /3^* S_хх )=arccos(140/3* 486,667)=84,497^о .

Расчетное активное сопротивление, учитывающее потери на гистерезис и вихревые токи

R_ор =Р_хх /3*I² _хх =140/3*2,212² =9,538 Ом.

Индуктивное сопротивление намагничивания

Х_ор =w*L_ор = R_ор *tgf_хх =9,538*tg84,497=99 Ом.

Расчетная величина индуктивности намагничивания

L_ор = Х_ор /w=99/2*p*50=0,315 Гн.

По данным опыта короткого замыкания аналогично находим:

U_к.з. = 0,052U_{1 н.} = 0,052*220 = 11,44 В;