Випрямляча

Вступ

ВСТУП

Универсалии культуры и особенности их классификации

В мировом масштабе культурное наследие выражают именно культурные универсалии. В современной культурологии существует несколько классификаций универсалий культуры. К культурным универсалиям относится язык, совместный труд, сексуальные запреты, мифы, танцы, обычаи гостеприимства и т.п. Американские антропологии выделяют более семидесяти универсалий, общих для всех культур. Среди них выделяются: возрастная градация, календарь, соблюдение чистоты, приготовление пищи, кооперация труда, декоративное искусство, семья, медицина, число, личностное имя, карательные санкции и т.д. Некоторые культурологи в основу классификации универсалий кладут нравственные ценности. Существует классификация, в которой разделяются универсалии культуры и универсалии цивилизации.

Но для того, чтобы классифицировать универсалии, необходимо понять их сущность и роль в процессе функционирования культуры. Для этого следует обратиться к структурным компонентам сложной системы культуры, посредством которых она направляет, координирует и регулирует деятельность людей. К таким компонентам культуры, отражающим все многообразие ее проявлений в жизни человеческого общества, относится:

-знаково-символические;

-ценностно-познавательные;

-синтетические.

Среди всех элементов культуры наиболее важным является знаково-символический, или познавательный компонент. Он зафиксирован, прежде всего, в языке. Соответственно, язык и является важной культурной универсалией.

Язык – это система знаков и символов, наделенных определенным значением. Люди в процессе воспитания и образования, то есть, социализации, усваивают значение этих знаков и символов, что позволяет понимать смысл сказанного и написанного. Язык, являясь важнейшим элементом культуры, выступает объективной формой аккумуляции, хранения и передачи информации человеческого опыта от одного поколения к другому поколению. Язык – основной носитель культуры, поэтому рост словаря человека может служить, в определенной мере, показателем повышения его культурного статуса. Язык – самый национальный элемент культуры и, в то же время, самая главная культурная универсалия.

Существуют исторически сложившиеся разновидности языка:

-национальные языки – украинский, русский, английский, латинский и др, которые отражают социокультурную специфику данной общности, характер ее общения, представление о символах, заложенных в языковой культуре;

- разновидности естественного языка – литературный язык, диалекты, мертвый язык (латынь);

-искусственные языки – язык программирования, язык жестов для глухонемых, эсперанто;

- специфические языковые знаковые системы – язык искусства, язык математики, язык тела.

Важным системообразующим компонентом культуры является ценностно-познавательный.

Ценность – это такое свойство предмета или явления, которое отражает степень важности этого предмета для удовлетворения потребностей, желаний и интересов. В систему ценностей индивида, группы, общества в целом входят разнообразные ценности:

- смыслообразующие, формирующие представление о добре и зле, счастье, цели и смысле жизни и т.п.;

- витальные – жизнь, здоровье, безопасность, благосостояние, семья, образование и т.д.;

- общественного признания – трудолюбие, социальный статус, социальное положение и т.п.;

- межличностного общения – честность, доброжелательность, бескорыстие и т.п.;

- демократические – свобода слова, совести, национальный суверенитет.

Такие ценности есть во всех культурах, потому что те культуры, в которых подобных ценностей не было бы, не смогли бы сохранить свое существование в течении сколько – нибудь длительного времени. И поэтому они являются универсальными.

Ценностные отношения выступают важнейшим и необходимым условием формирования ценностных ориентаций, которые выражаются в ценностных установках. Ценностные установки вырабатываются обществом в процессе общественно-исторической практике и передаются из поколения в поколения посредством воспитания. Ценностные установки ориентируют человека в социальной действительности, направляют и стимулируют его деятельность.

Осознание индивидуумами содержания ценностных установок образует мотив их деятельности – своеобразный фактор, который ведет к превращению установок в активную деятельность.

Ближайший побудительный мотив человеческой деятельности, определяющий способ и характер, выступает в качестве цели. Цель деятельности идеально субъекта культуры отражает осознание и стремление преобразовать, облагородить окружающей мир, приспособить его к своим потребностям.

Из многообразия конечных целей выделяется наиболее значимая, высшая, которая определяется понятием «идеал». Возникновение идеала как целеполагающая способность человеческого сознания и принадлежит к формам опережающего отражения действительности. С одной стороны, идеал отражают наиболее важные и значимые стороны общественной практики определенных социальных групп, а также возможных тенденций их развития, совершенствования. С другой стороны, они выступают в качестве главной оценочной категории, определяющей сознательные стимулы, доминирующий мотив деятельности. И в этом отношении идеал является универсалией культуры.

Ценностные отношения обретают самостоятельное существование в виде социальных норм. Социальные нормы – это исторически сложившиеся требования к организации определенной деятельности и отношениям индивидов, групп, общественных институтов. Нормы являются следствием устойчивой и повторяющейся оценки. Они – средство, те звенья, которые сближают наиболее ценностно значимое, необходимое, должное с жизнью, практической необходимость и, таким образом, обладают универсальностью.

Еще одним важным компонентом культуры является синтетический элемент, который проявляется в общественной жизни в виде образцов поведения, таких, как традиции, обычаи, обряды, ритуалы, нравы и законы.

Традиции (от лат. tradition – передача, преемство) – это механизм передачи элементов социального и культурного наследия; наиболее устойчивые формы действий и отношений, передающихся из поколения в поколение и сохраняющиеся в определенном сообществе и социальной группе в течение длительного времени. Традиции функционируют во всех социальных системах и являются необходимым условием жизнедеятельности всех социальных объектов.

Обычаи – это неписанные правила поведения, отражающие стиль жизни народа, его отношение к природе, человеку, обществу, сфере священного. Это – воспринятые из прошлого формы социальной регуляции деятельности и отношений людей, которые воспроизводятся в определенном обществе или социальной группе и являются привычными для его членов. Например, способы приготовления пищи, одежды, манеры поведения, осуществление различных обрядов (свадьбы, похороны и пр.), система воспитания детей.

Обряды представляют собой совокупность стереотипных групповых действий, имеющих символическую форму и воплощающих в себе социальные идеи и представления, нормы и ценности. Сила обряда коренится в его эмоционально-психологическом воздействии на людей, так как обряды вызывают определенные коллективные чувства. Например, обряд крещения, присяга, обряд «посвящения в студенты».

Церемония – это определенная последовательность действий, имеющих символическое значение и посвященных отмечанию (празднованию) знаменательных событий, дат или чествованию людей. Коронование – яркий пример важной для монархического общества церемонии. Обряды и церемонии состоят из разнообразных ритуалов.

Ритуал – это набор стилизованных и четко распланированных жестов и слов, которые зачастую исполняются лицами, специально избранными и подготовленными для этого. Ритуалы широко распространены в религиозной, политической и даже бытовой жизни. Например, ритуал приветствия.

Нравы – это обычаи, имеющие моральное значение. Под эту категорию попадают те бытующие в данном обществе формы поведения людей, которые могут быть подвергнуты нравственной оценке. Например, отношение в обществе к инвалидам и старикам.

Особой формой нравов является табу – абсолютный запрет, накладываемый на какое-то действие, слово, предмет. В современном обществе табу накладываются, например, на кровосмешание, каннибализм, осквернение могил и другие подобные действия.

Разновидностью нравов являются законы, - нормы поведения, оформленные парламентским или правительственными документами. Существуют также нравственные (неписанные) законы. Законами общество защищает самые дорогие и почитаемые ценности – жизнь, государственную тайну, человеческие права и достоинство, собственность.

Особым синтетическим элементом культуры является техника, а в широком смысле – материальная составляющая культуры. Уровень техники отражает уровень цивилизации, способности и творческий гений народа, общества. Каждая культура имеет в своем арсенале целую систему технических навыков, технологий, технических средств.

Таким образом, каждый народ, каждая национальная культура, базируется на вышеприведенных основополагающих компонентах, которые и являются универсалиями культуры.

Вопросы к самостоятельной работе.

1.Как соотносится национальное и интернациональное в культуре?

2. Что такое культурные универсалии и какие принципы их классификации существую?

3. Знаково-символический, или познавательный компонент как универсалия культуры.

4. Ценностно-познавательный компонент как универсалия культуры.

5. Синтетический элемент компонент как универсалия культуры.

Впровадження систем з керованими статичними напівпровідниковими перетворювачами енергії – загальна тенденція розвитку сучасного регульованого електропривода. З освоєнням промисловістю випуску потужних силових транзисторів та сучасної мікропроцесорної техніки створюються умови для розробки перетворювачів частоти з високими техніко-економічними показниками.

МЕТА КУРСОВОЇ РОБОТИ

Ознайомлення та придбання студентами навичок з розрахунку та проектування напівпровідникових перетворювачів частоти для електроприводів з можливістю рекуперації енергії в мережу живлення.

ЗМІСТ КУРСОВОЇ РОБОТИ

Основна частина розрахунково-пояснювальної записки складається з таких розділів:

- вибір схеми перетворювача та законів управління ключами;

- розрахунок параметрів та вибір основного електроустаткування, включаючи транзистори, тиристори, трансформатори, дроселі, конденсатори, запобіжники, автоматичні вимикачі;

- розрахунок миттєвих значень напруги та струму навантаження, аналіз режимів роботи інвертора;

- розробка електричної схеми перетворювача та алгоритмів керування інвертором та випрямлячем.

ОБСЯГ КУРСОВОЇ РОБОТИ

Основна частина розрахунково-пояснювальної записки містить:

- титульний аркуш;

- зміст;

- вступ;

- технічне завдання;

- обґрунтування вибору схеми перетворювача та її короткий опис;

- розрахунок параметрів складових вузлів перетворювача частоти;

- вибір елементів електроустаткування;

- розрахунок миттєвих значень напруги і струму перетворювача частоти;

- аналіз режимів роботи силової частини керованого випрямляча;

- висновок з роботи;

- специфікацію електроустаткування;

- список використаної літератури;

- електричну принципову схему силової частини перетворювача;

- електричну принципову та функціональну схему системи керування.

Робота подається до захисту у формі розрахунково-пояснювальної записки на аркушах формату А4 (розмір 210 х 297 мм) з полями завширшки 25 мм ліворуч і 10 мм праворуч, а також зі штампом установленого зразка. Допускається після 3...4 с. пояснювальної записки наступні аркуші подавати без штампа.

Пояснення і описи даються коротко та ясно з посиланням на відповідні формули, таблиці, рисунки, літературні джерела. Не допускається скорочення слів за винятком загальноприйнятих, наприклад: ЕРС, ККД.

Розрахункові формули записуються літерами, а потім окремим

рядком - цифрами. Після кінцевого результату вказують одиницю виміру. Результати повторюваних розрахунків, включаючи проміжні обчислення, виконуються в табличній формі.

Графічна частина виконується на стандартних аркушах паперу. Масштаби графіків вибираються зручними для побудов і аналізу.

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ

Зробити проект перетворювача частоти для регулювання швидкості асинхронного двигуна (АД). Технічні дані двигуна потрібно взяти з табл. Д1 відповідно до заданого варіанта.

Слід вважати, що:

- пусковий струм двигуна: І_п = (1,5-2)І_н;

- момент навантаження на валу двигуна активного характеру та

дорівнює номінальному значенню;

- потрібний діапазон регулювання швидкості: D = 5…20.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ

Необхідно показати значення перетворювачів енергії для електроприводів, навести короткий історичний опис їхнього розвитку.

2. Вибір схеми перетворювача

Автономний інвертор напруги будується за мостовою схемою. Використовується принцип однократної комутації вентилів з тривалістю провідного стану ключів 180 ел. град. або широтно-імпульсна модуляція. При використанні ШІМ автономний інвертор виконує регулювання частоти та напруги одночасно. У такому разі на вході перетворювача використовують нерегульований випрямляч, а гальмування двигуна відбувається шляхом вимикання двигуна від джерела постійної напруги та замикання статора на активній опір. При частотно-регульованому гальмуванні необхідно передавати енергію від двигуна до мережі змінного струму. Такий режим стає спроможним при використанні реверсивного керованого випрямляча, в якому одна група вентилів працює в режимі керованого випрямляча, а друга – в режимі веденого мережею інвертора.

При значній відміні напруги мережі від напруги двигуна використовують узгоджений трансформатор, через який напруга подається на вхід випрямляча. При відсутності трансформатора на вході випрямляча вмикають струмообмежувальні реактори.

Функціональна схема перетворювача частоти наведена на рис. 1.

На схемі зображені:

КВР – керований реверсивний випрямляч; Ф – фільтр ланки постійного струму; АІН – автономний інвертор напруги; СКВ, СКІ – системи керування випрямлячем та інвертором відповідно; ФП – функціональний перетворювач; U_зш, U_зн, U_зч - сигнали завдання швидкості, напруги та частоти.

3. Проектування автономного інвертора напруги

У курсовій роботі необхідно виконати розрахунок параметрів автономного інвертора напруги. Проектування інвертора складається з розрахунку та вибору силових ключів, а також розрахунку та вибору апаратів захисту. Принципова схема автономного інвертора напруги, який виконується за мостовою схемою наведена на рис. 2. Фази навантаження асинхронного двигуна з’єднані за схемою “зірка”.

Силові ключі (IGBT модулі) вибирають за напругою та струмом навантаження. Для цього використовують технічні параметри асинхронного двигуна, які наведені в табл. Д1 відповідно до варіанта завдання.

Визначається значення номінального струму статора

, (1)

де Р_н, U_н - номінальна потужність та фазна напруга АД, Вт, В;

cos j, h_н - номінальний коефіцієнт потужності та ККД асинхронного двигуна.

Значення пускового струму

I_П=k_пер·I_1Н, (2)

де k_пер – коефіцієнт кратності перевантаження перетворювача за струмом.

Найбільша напруга, яка може бути подана на транзисторний ключ, дорівнює напрузі ланки постійного струму

U_dн=3·U_н/ . (3)

Середнє значення струму, який споживається інвертором з ланки постійного струму при номінальній частоті АІН дорівнює

(4)

де К_вг = 1,1 … 1,2 – коефіцієнт, що враховує вплив вищих гармонік.

Активний R_ен та індуктивний X_ен опори знаходять за схемою заміщення асинхронного двигуна (рис.3).

Визначаються параметри схеми заміщення асинхронного двигуна

R₁=R_σ·R₁^’,

R₂^’=R_σ·R₂^’’,

Х₁=R_σ·Х₁^’, (5)

Х₂^’=R_σ·Х₂^’’,

X_μ=R_σ·Х₀.

Активним опором контуру намагнічування можна знехтувати через його незначну величину.

Номінальний опір, який розглядається як базовий,

. (6)

Для номінальної частоти АІН визначається активний та індуктивний опори фази асинхронного двигуна

(7)

(8)

де s_н – номінальне ковзання, яке обумовлене відносною різницею кутової швидкості магнітного поля w₀ і кутової швидкості ротора АД w_н (табл.Д1).

(9)

До складу модулів входять транзистори та діоди, параметри яких узгодженні з паспортними параметрами модуля, тому немає потреби розраховувати значення окремих елементів.

Середнє значення струму, який проходить через ключ

І_кл = І_dн/m, (10)

де m – кількість фаз перетворювача.

Рекомендується вибирати IGBT модулі фірми SEMIKRON з табл. Д2 на підставі умов

, (11)

де k_пер – коефіцієнт кратності перевантаження перетворювача за струмом (дається в технічному завданні);

I_к, U_ке - каталожні параметри IGBT модулів (табл. Д2).

Схеми приладів модулів наведені на рис. Д1.

4. Вибір схеми та розрахунок параметрів випрямляча

4.1. Вибір схеми випрямляча

Вибір схеми випрямляча залежить від потужності навантаження. При потужності навантаження менше за один кіловат може використовуватись однофазна схема випрямляча. При невеликій потужності навантаження рекомендується використовувати трифазну схему з середньою точкою. Це спрощує та здешевлює схеми управління випрямлячем. Однак використання таких схем доцільне при невисоких вимогах до ККД навантаження та невеликому діапазоні регулювання напруги, тому що в цих схемах частота пульсацій в два рази менша порівняно з трифазною мостовою схемою. У випрямлячах середньої та великої потужностей використовують, як правило, трифазну мостову схему.

4.2. Вибір та розрахунок параметрів силового трансформатора

Для узгодження напруги двигуна з напругою мережі використовуються силові трансформатори. Необхідність використання трансформатора може бути розрахована виходячи з потрібного значення найбільшої напруги на виході випрямляча

(12)

де k_сх – коефіцієнт схеми, який дорівнює 2,34 для мостової схеми та 1,17 для нульової схеми випрямляча;

U_ф – фазна напруга електричної мережі, В.

Очевидно, що необхідна умова буде виконуватися для мостових схем випрямлячів. Для цих випрямлячів доцільно застосування струмообмежувальних реакторів. Для випрямлячів з нульовими схемами умова не виконується і потрібна установка трансформатора, що підвищує напругу.

Трансформатор вибирається за потужністю та напругою на обмотках

, (13)

де U_{тр розр} – розрахункове значення необхідної фазної напруги вторинної обмотки трансформатора, В;

S_{тр розр} – типова розрахункова потужність трансформатора, кВА.

Типова розрахункова потужність трансформатора визначається

(14)

де k_p – коефіцієнт, який дорівнює 1,045 для мостової схеми та 1,35 для нульової схеми випрямляча.

Розрахункове значення необхідної фазної напруги вторинної обмотки трансформатора визначається як

(15)

де k₁ = 1,1 – коефіцієнт запасу за напругою, який враховує допустиме зниження напруги в мережі на 10 %;

k₂ = 1,05 – коефіцієнт запасу за напругою, який враховує неповне відкриття тиристорів випрямляча.

Рекомендується вибирати трансформатори серії ТСП або ТСЗП (табл.Д3).

Опір обмоток трансформатора, з’єднаних зіркою, визначають з дослідів холостого ходу та короткого замикання. Активний опір фази трансформатора при з’єднанні фаз зіркою, приведений до вторинної обмотки, визначають за значенням втрат потужності короткого замикання

, (16)

де І_2н – номінальний струм фази вторинної обмотки трансформатора, А.

Значення повного опору фази трансформатора, приведене до вторинної обмотки, визначають так:

, (17)

де U_к – напруга короткого замикання трансформатора, %;

U_2н – номінальна напруга фази вторинної обмотки трансформатора, В.

Значення індуктивної складової опору Х_{тр ф} визначається повним опором фази Z_{тр ф} та активним опором фази R_{тр ф}

. (18)

Індуктивність однієї фази трансформатора, приведена до вторинної обмотки:

, (19)

де f_с – частота напруги мережі живлення, Гц.

4.3. Визначення параметрів тиристорів керованого випрямляча

Найбільше значення напруги на тиристорах буде в режимі холостого ходу перетворювача. Воно визначається:

- для мостових безтрансформаторних схем

(20)

де U_ф – фазна напруга мережі живлення, В.

- для нульових трансформаторних схем

(21)

де U_2н – фазна номінальна напруга вторинної обмотки трансформатора, В.

Середнє значення струму, який протікає через плече випрямляча, визначається

(22)

де m – кількість фаз випрямляча;

k_пер – коефіцієнт кратності перевантаження перетворювача за струмом;

k_у – коефіцієнт, враховуючий наявність зрівнювального струму при використанні реверсивної схеми з сумісним управлінням. При використанні роздільного управління та для нереверсивних схем k_у =1.

Вважаючи нагрів тиристора (і²·t) пропорційним і враховуючи математичну залежність t та λ, можна визначити середній струм, який протікає через тиристор

(23)

(24)

де k_l - коефіцієнт кута провідності тиристора.

Кут провідності тиристора визначається на підставі виразу

(25)

Залежність коефіцієнта k_λ від кута провідності тиристора λ дається в табл. 1.

Таблиця 1

Залежність коефіцієнта k_λ від кута провідності тиристора

λ	180˚	120˚	90˚	60˚	30˚
kλ	1,0	0,817	0,707	0,575	0,407

Тиристори вибираються за умовою [4]

. (26)

4.4. Вибір струмообмежувальних реакторів

Струмообмежувальні реактори встановлюються на вході керованого випрямляча і застосовуються для обмеження швидкості зростання струму в ланцюзі тиристорів. Швидкість зростання анодного струму є важливим параметром, оскільки перевищення швидкістю допустимого значення приводить до руйнування тиристора.

Реактор вибирається за необхідною індуктивністю, струмом на вході перетворювача та напругою.

. (27)

Необхідна розрахункова індуктивність реактора для мостових схем визначається як

(28)

де - максимально припустима швидкість зростання анодного струму в ланцюзі тиристора (паспортний параметр тиристора), А/с.

Струм на вході перетворювача:

(29)

де DP_v - сумарні втрати у вентилях випрямляча, Вт;

DU_v = 0,5 - 2 В – падіння напруги на тиристорі.

Рекомендується вибирати реактори серії РТСТ (табл. Д4).

4.5. Розрахунок параметрів силового контуру керованого

Після вибору силового трансформатора необхідно визначити індуктивність та активний опір силового контуру тиристорного перетворювача.

Індуктивність силового контуру тиристорного перетворювача визначається так:

, (30)

де L_{тр ф (р)} - індуктивність фази силового трансформатора або струмо- обмежувального реактора, Гн;

n – кількість послідовно ввімкнених вторинних обмоток трансформатора або обмоток струмообмежувального реактора; = 2 для мостової і =1 для нульової схеми випрямляча.

Еквівалентний опір тиристорного перетворювача R_тп:

, (31)

де R_к - комутаційний опір, Ом.

(32)

де W кутова частота напруги мережі живлення, с^-1.

Кут вмикання тиристорів у номінальному випрямляючому режимі визначається з рівнянь

(33)

(34)

де U_d0 – напруга на виході випрямляча в некерованому режимі, В.

(35)

деU_2н – напруга вторинної обмотки трансформатора, В;

U_ф – фазна напруга електричної мережі, В;

k_сх – коефіцієнт схеми, який дорівнює 2,34 для мостової схеми та 1,17 для нульової схеми випрямляча.

Для номінального випрямлювального режиму кут комутації або кут перекриття γ_н може бути визначеним з рівняння комутації

(36)

де a_н - кут вмикання тиристорів у номінальному випрямлювальному режимі;

X_{тр ф (р)} – індуктивний опір фази трансформатора або струмообмежувального реактора, Ом.

5. Розрахунок параметрів фільтра

Загладжування пульсацій напруги в ланці постійного струму здійснюється за допомогою Г-подібних або П-подібних LC-фільтрів.

Значення ємності конденсатора визначається рівнем пульсацій напруги в ланці постійного струму ΔU_с. Якщо врахувати, що допустимі пульсації напруги не перевищують 0,1·U_dн та знехтувати зміною струму при зміні напруги на конденсаторі фільтра, то можна прирівняти струм навантаження зарядному або розрядному струму конденсатора. У цьому разі ємність конденсатора визначається за формулою

, (37)

де – електромагнітна постійна часу кола навантаження, с.

В = е ^{– Т/(2·Тн)}, (38)

де T=1/f_2н - період вихідної напруги автономного інвертора, с.

При зменшенні частоти вихідної напруги інвертора потрібна ємність конденсатора збільшується. При f_i = 0 вона досягає найбільшого значення, яке визначається за формулою

(39)

Якщо ємність конденсатора визначати в мікрофарадах, то розрахункова індуктивність фільтра визначається в генрі, виходячи з потрібного значення коефіцієнта фільтрації

, (40)

де р – кількість пульсів випрямленої напруги за один період змінної напруги мережі живлення.

Значення коефіцієнта фільтрації беруть за узгодженням з керівником (k_ф=5 50).

Використовуючи отримані розрахункові значення L_{ф р} та С_{ф р}, необхідно вибрати конденсатор та дросель з урахуванням величини напруги та струму ланки постійного струму

. (41)

. (42)

Рекомендується вибирати конденсатори серії К50 [5], а дроселі - серії ФРОС (табл. Д5).

У випадку, якщо розраховане значення необхідної індуктивності велике, то слід збільшити ємнісну складову фільтра і заново перерахувати індуктивність.

Для перевірки слід дотримуватися того, що для 1 кВт навантаження потрібно 100 мкФ ємнісної складової фільтра.

Якщо допустима напруга конденсатора U_к не перевищує напругу ланки постійного струму U_dн, рекомендується з'єднувати конденсатори в батарею. Для цього треба використовувати послідовно-рівнобіжне з'єднання, приклад якого зображений на рис. 4. При цьому необхідно пам'ятати, що при послідовному з'єднанні конденсаторів сумарна ємність зменшується, а при рівнобіжному – збільшується.

Рис. 4. Електрична схема з'єднання конденсаторів у батарею

Резистори R_бі вибираються в межах 10 – 50 КОм. Вони потрібні для вирівнювання падіння напруги на конденсаторах.

6. Вибір елементів захисту перетворювача частоти

У напівпровідникових перетворювачах можуть виникнути аварійні режими, що супроводжуються неприпустимими за значенням і тривалістю струмами через вентилі, наприклад

- зовнішнє коротке замикання:

- внутрішнє коротке замикання (пробій вентиля);

- перекидання інвертора, відомого мережею;

- вимикання вентилів у непрацюючій групі в реверсивних керованих випрямлячах з роздільним керуванням вентильними групами;

- поява надмірних зрівняльних струмів у реверсивних керованих випрямлячах зі спільним керуванням тиристорними групами.

6.1. Вибір автоматичного вимикача

Автоматичні вимикачі є захисними апаратами багаторазової дії і призначені для захисту вентильних перетворювачів від зовнішніх коротких замикань, перекидання інвертора і перевантажень за струмом. Автоматичні вимикачі змінного струму встановлюються в перетворювачах або на первинній стороні трансформатора, або до струмообмежувальних реакторів у безтрансформаторному варіанті.

Автоматичний вимикач вибирається за умовою

(43)

де I_п – номінальний струм автоматичного вимикача, А;

I_вх – струм на вході перетворювача частоти, А.

Рекомендується вибирати автоматичні вимикачі серії NZM, параметри яких наведені в табл. Д6.

6.2. Вибір плавких запобіжників

Для захисту силових вентилів перетворювача частоти при зовнішніх і внутрішніх коротких замиканнях широко застосовуються швидкодіючі плавкі запобіжники. Запобіжники установлюються в ланці постійного струму, а також послідовно в ланцюзі кожного вентиля випрямляча та автономного інвертора.

Вибір запобіжників, які установлюються в ланці постійного струму, виконується з умов

, (44)

де U_вст, I_вст – напруга та струм плавкої вставки запобіжника, В, А.

Передбачаються вибір і установка двох запобіжників. Серія запобіжників, що рекомендується, - ПР2 (табл. Д7).

Вибір запобіжників автономного інвертора напруги виконується з таких умов:

, (45)

де I_кл - середнє значення струму, який проходить через ключ автономного інвертора напруги, А.

Передбачаються вибір і установка шести запобіжників.

Вибір запобіжників реверсивного керованого випрямляча автономного інвертора напруги виконується з умов

, (46)

де U_mv - найбільше значення напруги на тиристорі, В;

I_dv - середнє значення струму, який проходить через тиристор керованого випрямляча, А.

Приймаємо до установки дванадцять запобіжників, по шість на інверторну та випрямлювальні групи. Вважаємо, що струм крізь вентиль при інвертуванні не перевищує струм випрямлювального режиму.

6.3. Захист від перенапруг

Процеси, що відбуваються у вентильних перетворювачах, часто супроводжуються перенапругами, які, впливаючи на вентилі, можуть призвести до їхнього пробою, що спричиняє коротке замикання. Основним видом перенапруг є комутаційні схемні перенапруги, що спричиняються періодичним переходом вентилів із закритого стану у відкритий, і навпаки.

Для захисту від комутаційних перенапруг застосовуються RC-ланцюжок, який вмикається паралельно тиристорам (рис. 5).

Для схем з напругою менше ніж 1000 В рекомендуються такі параметри: R_vs=50 - 200 Ом, С_vs = 0,2 - 1 мкФ.

Рис. 5. Схема вмикання RC-ланцюжка

Також можно визначити параметри RC-ланцюжка. Ємність конденсатора визначається так:

, (47)

де U_к – напруга короткого замикання трансформатора, в.о.;

W - кругова частота напруги мережі, с^-1;

I_{зв m} – максимальне значення зворотного струму, А;

I_dv - середній струм, який протікає через тиристор, А;

U_{v m} - найбільше значення напруги на тиристорах, В.

Максимальне значення зворотного струму:

(48)

де t - час зворотного відновлення замикаючих властивостей вентиля, с. Опір вибирається дорівнюючим

(49)

7. Аналіз роботи автономного інвертора напруги та розрахунок графіків миттєвих значень струму в установленому режимі для заданої частоти

7.1. Аналіз роботи автономного інвертора напруги

У розрахунково-пояснювальній записці необхідно докладно описати роботу трифазного інвертора напруги: зобразити діаграмами миттєвих значень напруги на навантаженні та показати контур протікання струму.

При однократної комутації та тривалості провідного стану 180 ел. град. необхідна одночасна робота двох ключів в одній фазі та одного ключа в другій. На затвори вентилів VT1 ÷ VT6 подаються імпульси управління тривалістю 180 ел. град., зсунуті один відносно одного на 60 ел. град. (рис. 2). При такій послідовності імпульсів управління протягом напівперіоду три рази змінюються схеми підключення фаз. На

прикладі будь-якої з фаз АІН потрібно скласти еквівалентні схеми заміщення ланцюга навантаження для кожного інтервалу тривалості провідного стану ключів, а також розрахувати миттєві значення струму.

При широтно-імпульсній модуляції виконується безліч комутацій вентилів протягом напівперіоду напруги живлення. На прикладі однієї з фаз необхідно показати принцип формування напруги на навантаженні при застосуванні ШІМ.

7.2 Розрахунок миттєвих значень струму для заданої частоти

При використанні закону частотного управління має виконуватися умова

, (50)

де U₂ – напруга на виході перетворювача частоти, В;

f₂ – необхідне значення зниженої частоти, Гц.

(51)

де D - потрібний діапазон регулювання швидкості.

Діюче значення напруги на виході АІН залежить від її частоти та визначається

, (52)

де U_н – номінальна фазна напруга асинхронного двигуна, В.

Потрібне значення напруги в ланці постійного струму, яке відповідає заданому значенню частоти:

, (53)

Кут вмикання тиристорів керованого випрямляча при заданому значенні частоти одержимо так:

(54)

Для заданої частоти АІН визначається активний та індуктивний опори фази асинхронного двигуна:

(55)

(56)

де s₂ – збільшене ковзання.

(57)

Кут зсуву між струмом асинхронного двигуна і вихідною напругою перетворювача частоти:

(58)

Протягом одного напівперіоду три рази змінюються схеми підключення фаз. Миттєве значення струму однієї фази протягом напівперіоду складається з трьох відрізків експоненціальних функцій. Рекомендується виконувати розрахунок струму на прикладі фази А:

; (59)

; (60)

(61)

. (62)

Параметр, який характеризує навантаження інвертора

(63)

На кожному інтервалі розрахунку wt відлік часу треба починати з нуля. Розрахунок виконувати протягом періоду. Криву миттєвих значень струму слід будувати на одному графіку з напругою відповідної фази з урахуванням кута навантаження j_е2.

8. Аналіз роботи силової частини керованого випрямляча

Необхідно без розрахунку виконати побудову діаграм напруг і струмів при роботі керованого випрямляча у випрямному та в інверторному режимах за умови, що кут α = β. Слід показати шляхи протікання струму при передачі енергії від мережі до двигуна, та навпаки.

Розрахунок і побудову зовнішньої характеристики виконати для двох режимів роботи – випрямного та інверторного. Розрахунок здійснити спрощено по трьох точках. Частота на виході перетворювача частоти дорівнює номінальному значенню.

8.1. Побудова зовнішньої характеристики в режимі випрямлення

Рівняння зовнішньої характеристики в першому квадранті має вигляд

(64)

де k_v – число послідовно ввімкнених вентилів (k_v = 1 – для нульових схем; k_v = 2 – для мостових схем);

U_v - падіння напруги на вентилях керованого випрямляча.

Значення граничного струму

(65)

де L_d – індуктивність контуру навантаження, Гн.

. (66)

Необхідно визначити струм у ланцюзі постійного струму перетворювача частоти у режимі холостого ходу асинхронного двигуна. Для цього треба визначити струм холостого ходу (струм намагнічування) двигуна:

, (67)

де U_н - номінальна фазна напруга двигуна, В.

Тоді мінімальне значення струму в ланцюзі постійного струму визначається зі співвідношення струмів у номінальному режимі та у режимі холостого ходу асинхронного двигуна:

(68)

8.2. Побудова зовнішньої характеристики в режимі інвертування

При розрахунку режиму інвертування треба враховувати, що справедлива умова: a = b. Характеристика в режимі інвертування будується в другому квадранті за виразами, аналогічними (64) - (65).

Для визначення максимального струму інвертора за умовою безпечного інвертування слід скористатися виразом

(69)

де d = W×t_{викл макс} - кут, що визначає замикаючі властивості тиристора, ел. град.

9. Аналіз функціонування систем управління керованим випрямлячем та автономним інвертором напруги

З літературних джерел вибрати схему системи керування випрямлячем та автономним інвертором. На кресленні зобразити схему у вигляді функціональних блоків та вказати позначення кожного блока. Описати роботу функціональної схеми за допомогою діаграм миттєвих значень сигналів на виході кожного функціонального блока.

Дата добавления: 2014-12-24