close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Билет №19

код для вставкиСкачать
Билет № 19
Вопрос1. Бесконтактные аппараты
1.1 Принципы создания бесконтактных аппаратов
1.2 Выключатели тиристорные
1.3 Бесконтактные промежуточные реле
1.4 Тиристорные выключатели постоянного тока
Полупроводниковые приборы (транзистор, тиристор) вполне пригодны для коммутации - включения и отключения электрической цепи. Управление коммутацией осуществляется подачей соответствующих импульсов тока на управляющий электрод. При использовании полупроводниковых приборов для коммутации силовых цепей следует учитывать специфические свойства этих приборов, отличающие их от выключателей с металлическим контактом.
Одна из основных особенностей - это повышенное по сравнению с металлическим контактом падение напряжения на полупроводниковом контакте - от долей вольта до нескольких вольт. Это приводит к значительному выделению мощности и, следовательно, нагреву контакта. Поэтому полупроводниковые приборы требуют интенсивного охлаждения - воздушного или водяного.
В переходных режимах и особенно при аварийной ситуации, например при коротких замыканиях, возможны броски тока, во много раз превышающие номинальные значения. Длительность этих бросков обычно невелика, они прекращаются или вследствие затухания переходного процесса, или вследствие защитного отключения. Для металлического контакта они не представляют опасности. Иначе обстоит дело с полупроводниковым контактом, который представляет собой кристалл полупроводника объемом не более десятков кубических миллиметров и поэтому с малой теплоемкостью. При внезапном увеличении тока, т. е. мощности потерь, теплота не успевает отводиться от кристалла к охладителю. Поэтому кристалл, в котором выделяется эта теплота, начинает нагреваться с большой скоростью. Так как допустимая температура нагрева кристалла невелика - от 160 до 200°С, то полупроводниковый прибор может выйти из строя. Поэтому одним из важных показателей кратковременной перегрузочной способности прибора является величина (интеграл Джоуля)
А=I2t. (8.1)
Поэтому надежная работа полупроводникового коммутатора возможна лишь при условии, что внезапные броски тока будут либо ограничиваться, либо отключаться с достаточной скоростью, т. е. в бесконтактной системе естественно совмещать функции коммутации нагрузки с ее ограничением и защитой сети в одном и том же устройстве. Это оказывается возможным благодаря свойству присущему полупроводниковым приборам - быстродействию. Другая особенность полупроводниковых коммутирующих устройств - сохранение гальванической связи отключенной части цепи с источником вследствие несовершенства полупроводникового контакта, наличие токов утечки в режиме отключения. Этот недостаток устраняют, включая последовательно разъединитель - металлический контакт, который коммутирует цепь только в обесточенном состоянии.
Таким образом, коммутирующее устройство на полупроводниковых приборах обязательно должно дополняться специальной схемой контроля и защиты, а также разъединителем.
Выключатели тиристорные
Для коммутации силовых цепей переменного тока используются преимущественно тиристоры. Они способны пропускать большие токи при малом падении напряжения, включаются сравнительно просто подачей на управляющий электрод маломощного импульса управления. При этом их основной недостаток - трудность выключения - в цепях переменного тока не играет роли, так как переменный ток обязательно два раза за период проходит через нуль, что обеспечивает автоматическое выключение тиристора.
Схема однофазного тиристорного коммутирующего элемента приведена на рис. 8.2. Импульсы управления формируются из анодных напряжений тиристоров. Если на аноде тиристора VS1 положительная полуволна напряжения, то при замыкании контакта К через диод VD1 и резистор R пройдет импульс тока управления тиристором VS1. В результате тиристор VS1 включится, анодное напряжение упадет почти до нуля, сигнал управления исчезнет, но тиристор останется в проводящем состоянии до конца полупериода, пока анодный ток не пройдет через нуль. В другой полупериод, при противоположной полярности напряжения сети, аналогично включается тиристор VS2. Пока контакт К будет замкнут, тиристоры будут автоматически поочередно включаться, обеспечивая прохождение тока от источника к нагрузке.
Рис. 8.2 Схема однофазного тиристорного коммутирующего
элемента
Бесконтактные промежуточные реле
Схемы на рис. 8.2 широко используются в качестве коммутирующих устройств цепей управления исполнительных аппаратов (пускатели, контакторы, электромагниты, муфты и т. п.). Примером могут служить устройства выходные бесконтактные типа УВБ-11, которые предназначены для усиления выходных командных сигналов логических устройств и коммутации цепей нагрузки переменного и постоянного тока. На рис. 8.6 приведена схема усилителя УВБ-11-19-3721, предназначенная для коммутации цепей переменного тока. В качестве коммутирующего элемента используется симистор VS типа ТС2-25, зашунтированный варистором R для защиты от перенапряжений. Включение симистора осуществляется путем соединения его управляющего электрода с одним из силовых выводов с помощью контакта герконового реле К. Это реле одновременно осуществляет и гальваническую развязку входной и выходной цепей.
Рис. 8.6 Усилитель УВБ-11-19-3721: а) условное обозначение; б) функциональная схема
Выключение симистора при разомкнутом контакте К происходит самопроизвольно при первом переходе тока нагрузки через нуль. Для того чтобы схема управлялась логическими сигналами от других элементов, предусмотрен согласующий каскад на ИС типа К511ЛИ1, выход которого подключен к обмотке герконового реле К.
Тиристорные выключатели постоянного тока
Использование тиристоров в качестве бесконтактных аппаратов на постоянном токе затруднительно из-за проблемы отключения. Если в цепях переменного тока тиристоры включаются автоматически при прохождении тока через нуль, то в цепях постоянного тока приходится применять специальные меры по принудительному снижению тока тиристора до нуля, т. е. производить так называемую принудительную коммутацию тока тиристора. На рис. 8.3 изображена одна из схем принудительной коммутации. При подаче управляющего импульса на силовой тиристор VS включается цепь нагрузки Rн (ток через тиристор iТ равен сумме токов нагрузки iН и через конденсатор iС), а коммутирующий конденсатор С заряжается до напряжения источника U. Полярность напряжения Uc указана на рис. 8.3, а). Схема готова к отключению, и если в момент t1 подать управляющий импульс на вспомогательный тиристор VSВ, то конденсатор С окажется включенным параллельно тиристору VS, ток нагрузки перейдет с тиристора VS на конденсатор С и тиристор VS выключится. Под действием ЭДС источника конденсатор будет перезаряжаться. Напряжение конденсатора UC изменится в процессе перезаряда от - U до + U (рис. 8.3, б), а ток iC постепенно спадет до нуля. Нагрузка RН окажется отключенной от источника. Если теперь снова в момент t2 включить нагрузку RН, открыв тиристор VS, то опять конденсатор С зарядится до напряжения - U и схема будет готова к повторному отключению.
Рис. 8.3 Схема тиристорного выключателя постоянного тока (а) и диаграмма его работы (б).
Вопрос 2. Привести кривую момента в функции скольжения асинхронного двигателя и пояснить физический смысл этой кривой. Что такое расчетная формула момента? Привести ее выражение и пояснить физический смысл.
. Зависимость M = f(S)
Зависимость электромагнитного момента от скольжения называется механической характеристикой. Из выражения видно, что электромагнитный момент асинхронного двигателя зависит от U2 квадрата подведенного напряжения, т.е. если U уменьшить на 10%, то момент уменьшится на 19%. При постоянных параметрах схемы замещения зависимость М электромагнитного момента от скольжения представлена на рис.3.
Пояснение зависимости M = f(S).
Область от S = 0  Sкр
При малом скольжении X2S  0, тогда ток в роторе активному току, с увеличением S M
Момент зависит от потока и активной составляющей тока в роторе В области Mmax начинает проявляться индуктивное сопротивление X2S.
Область скольжений S = Sкр  1
В этой области с увеличением скольжения S увеличивается индуктивное сопротивление ротора X2S = X2S за счет которого увеличивается угол 2 между ЭДС и током (см. рис. 4), активная составляющая при этом уменьшается, а следовательно уменьшается и момент, т.е. S X2S  M
На рис.3 ток, при S = 1 равен пусковому, который в 57 раз больше номинального. При S = 0 ток I1  0, т.к. при S = 0 двигателем потребляется реактивная мощность для создания вращающего поля, кроме того, двигателем потребляется активная мощность на покрытие потерь в статоре.
При S = 0 ток ротора , т.к. Кривая зависимости M = f(S) характеризуется тремя моментами:
а) Пусковой момент Мп при S = 1
б) Максимальный момент Мmax  Sкр в) Номинальный момент МН  SН
Расчетная формула момента
Расчетная формула момента показывает, что момент асинхронного двигателя пропорционален потоку и активной составляющей тока ротора.
Вопрос 3 Силовые преобразователи энергии электроприводов постоянного тока как объекты управления в структуре СУЭП (электромашинные; тиристорные; транзисторные; частотные).
Электромашинные
Системы ругулирования мощных эектроприводов могут содержать в качестве силового регулируемого преобразователя электромашинный агрегат, содержащий генератор постоянного тока, выходная э.д.с. которого регулируется изменением тока возбуждения. Функциональная схема электромашинного агрегата приведена на рис. 6.7.
Якорь генератора приводится во вращение с постоянной скоростью с помощью гонного асинхронного двигателя (АД). Обмотка возбуждения (ОВГ) генератора питается от регулируемого тиристорного возбудителя (ТВ). При определении ММ преобразователя будем полагать, что г=const, а также примем следующие допущения: - пренебрегаем реакцией якоря;
- пренебрегаем влиянием вихревых токов (для машин малой и средней мощности это допущение является общепринятым). Требуется найти зависимость еп=( Uув ). Запишем соотношения
для приращений координат:
еп=СеггФг, фг= Кфгwвг iвг , где wвг iвг = Fг , Сегг=const,
Сег - конструктивная постоянная,
wвг - число витков обмотки возбуждения генератора.
Коэффициент Kфг линеаризует кривую насыщения магнитной цепи генератора в т. А, соответствующей номинальному режиму (см. рис. 6.8).
Математическая модель процессов в цепи возбуждения генератора аналогична ММ цепи возбуждения электродвигателя и представляет собой апериодическое звено 1-го порядка:
где Rэвг , Tэвг - эквивалентные параметры цепи возбуждения генератора.
С учетом приведенных соотношений ММ генератора может быть представлена в виде передаточной функции:
,
где Kг - коэффициент передачи генератора,
.
Для генераторов большой мощности влияние вихревых токов отразится на увеличении Тэвг , либо их модель представляется в виде динамического звена 2- го порядка.
Тиристорные
Тиристорные преобразователи применяются в качестве источников регулируемого напряжения для питания якорной цепи или цепи возбуждения электродвигателей постоянного тока . Для управления асинхронным двигателем (АД) применяется тиристорный преобразователь частоты (ТПЧ) со звеном постоянного тока или непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) с векторным управлением потокосцеплением. На рис. 6.9. приведена обобщенная функциональная схема тиристорного преобразователя.
Тиристорный преобразователь (ТП) как элемент системы управления должен быть описан в статике и динамике .
Статическая модель.
Содержит регулировочную характеристику в осях Uу, еп , т.е. еп=( Uу).
Разобъем ТП на два основных модуля - систему мпульсно-фазового управления (СИФУ) и силовую часть (см. рис. 6.9).
ММ силовой части.
Схемотехника силовой части представляет собой один или два комплекта управляемых вентилей, включенных по нулевой или мостовой схеме (встречно-параллельной или перекрестной).
Опишем статическую зависимость еп от  для силовой части , т.е. еп=(). Для зоны непрерывного тока:
где e d0 - максимальное средне-выпрямленное (среднее) значение э.д.с. преобразователя, Е2ф - вторичная фaзная ЭДС силового трансформатора,
Ксх - коэффициент схемы силового комплекта вентилей,
Ксх = 2,34 - для мостовой схемы,
Ксх = 1,17 - для нулевой схемы. Для зоны прерывистых токов:
где - интервал проводимости тока , m - пульсность выпрямленного напряжения преобразователя ( < /m).
Заметим, что в зоне непрерывного тока  = m.
ММ СИФУ.
Найдем статическую зависимость  = (Uу), причем будем рассматривать наиболее распространенный вертикальный способ управления СИФУ с линейным или гармоническим опорным напряжением:
1. линейное (пилообразное) опорное напряжение Uоп На рис. 6.10. U2ф - гармонический сигнал , синхронизированный с силовой питающей сетью и сдвинутый вправо на угол, определяемый углом сдвига точки естественной коммутации (обычно 300
Очевидно, что для пилообразного (линейного) опорного напряжения искомая статическая зависимость будет иметь вид
Следует заметить, что реальный диапаон изменения угла отпирания тиристоров, как правило, не превышает 5 - 175. Минимальный (5) угол отпирания определяется максимальной э.д.с. тиристорного преобразователя, а ограничение максимального угла предохраняет реверсивный тиристорный преобразователь от "прорыва" инвертора. Кроме того, важен правильный выбор начального угла отпирания тиристоров нач , зависящего от способа управления комплектами тиристоров реверсивного преобразователя и параметров активно-индуктивной нагрузки преобразователя. В любом случае, этот угол равен полусумме углов отпирания тиристоров обоих комплектов вентилей, т. е.
где 1, 2 - углы отпирания тиристоров выпрямительной и инверторной групп вентилей. Как правило, начальный угол отпирания тиристоров
находится в диапазоне нач= 900..1250 , причем нач = 900 выбирается только при совместном согласованном управлении комплектами вентилей.
2. Гармоническое (косинусоидальное) опорное напряжение Uоп.
Аналогично рассмотренному выше случаю статическая характеристика преобразователя будет характеризоваться зависимостью
Найдем результирующую статическую зависимость еп=( Uу). Воспользуемся графическим способом, причем в целях упрощения построений рассмотрим лишь один из квадрантов работы реверсивного преобразователя (рис. 6.11). Возьмем произвольную точку А на кривой , опустим из нее перпендикуляр на кривые , соответствующие линейному и гармоническому опорным напряжениям, из точек пересечения с ними проведем горизонтальные прямые до пересечения с вертикальной осью координат. Далее, через точки пересечения с вертикальной осью координат проведем концентрические дуги (пунктирные кривые на рис. 6.11) до пересечения с горизонтальной осью координат и восстановим перпендикуляры до пересечения с горизонтальными прямыми, проходящими через точку А. Таким образом, получим точки результирующих кривых eп=f (Uу) для обоих опорных напряжений СИФУ. Кривая 1 соответствует линейному опорному напряжению, кривая 2 - гармоническому опорному напряжению. Полученные кривые характеризуются аналитическими зависимостями:
где Kтп - коэффициент передачи тиристорного преобразователя, определяемый выражением Заметим, что при линейном опорном напряжении статическая характеристика тиристорного преобразователя является нелинейной, а следовательно, коэффициент передачи преобразователя является величиной переменной:
Те же самые зависимости тиристорного преобразователя, питающего цепь якоря двигателя постоянного тока с учетом зоны прерывистых токов имеют вид, приведенный на рис.6.12. Регулировочная характеристика для зоны прерывистых токов является неоднозначной т.е. одному значению Uу соответствует семейство значений еп .
На выходе ТП мы получаем э.д.с., зависящую от:
1.величины статической нагрузки ( потребляемого преобразователем тока );
2. величины противо-э.д.с. двигателя при работе преобразователя на якорную цепь двигателя;
3. характера нагрузки ( активный , активно-индуктивный )
Регулировочная характеристика имеет зону 2Uу нечувствительности рабоы ТП, величина которой зависит от характера нагрузки преобразователя.
Для гармонического опорного напряжения Uоп СИФУ регулировочная характеристика ТП имеет вид параллелограмма (рис. 6.13).
Динамическая модель.
Модель ТП в динамике с учетом его временных, либо частотных свойств выбирается в зависимости от характера решаемой задачи.
Для целей синтеза САУ на практике применяют три модели:
1. В виде безинерционного звена W(p)=Ктп ,
Как элемент объекта управления предпочтительнее модель ТП с гармоническим Uоп. В этом случае Ктп= Ed0 / Uоп,м.
2. В виде инерционного звена 1-го порядка (апериодического звена) Постоянная времени Tтп тиристорного преобразователя определяется выражением:
гдеm - пульсность преобразователя (m=3 для нулевых и m=6 для мостовых схем выпрямителей); первое слагаемое - среднестатистическое запаздывание преобразоваеля;
fc - частота питающей сети ( 50 Гц для отечественных преобразова-телей);
Tф, сифу - постоянная времени фильтра на входе СИФУ. Для большинства тиристорных преоразователей величина Tтп находится в диапазоне 5 - 10 мc.
3.В виде звена с чистым запаздыванием W(p)=Ктпе -ТтпР.
1
Документ
Категория
Разное
Просмотров
144
Размер файла
244 Кб
Теги
билет
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа