Расчет нереверсивного ШИП для ЭП постоянного тока

Расчет нереверсивного ШИП для ЭП постоянного тока:

Задание:

1. Изобразить схему нереверсивного ШИП для питания ЭП постоянного тока с одним ключом.
2. Рассчитать напряжения питания (U_d) для заданной нагрузки принимая g=g_мах=0,95
3. Рассчитать параметры узла принудительной параллельной двухступенчатой  коммутации и выбрать все его элементы.
4. Определить диапазон регулирования напряжения на нагрузке.
5. Построить временные диаграммы напряжении и токов в цифрах отражающих работу узла искусственной коммутации при g=0,5
6. Рассчитать и построить внешние характеристики ШИПа при g=0,25; 0,5; 0,75; 0,95 при изменении тока нагрузки от 0 до I_ном. Внутреннее сопротивление источника питания U_d принять 0,1R_н , R_н=R_я+R_дп
7. Рассчитать величину пульсаций тока нагрузки в режиме непрерывного и прерывистых токов при g=0,5. Для рассчитанных режимов построить диаграммы напряжений и токов в нагрузке.
8. Рассчитать электромеханические и механические характеристики двигателя постоянного тока при g=0,5; 0,25; 0,75; 0,95.   

Исходные данные для расчета:

ЭД постоянного тока 2ПО160М;

Номинальная мощность ДПТ Р_н=8 кВт;

Номинальное напряжение U_н=220 В;

КПД ДПТ h=0,865;

Сопротивление якорной обмотки R_я=0,145 Ом ;

Сопротивление добавочных полюсов R_дп=0,101 Ом;

Номинальная частота вращение n_н=2240 об/мин;

Индуктивность якорной обмотки L_я=4,6 мГн;

Максимальная скважность ШИП  g_max=0,95                               

1. Изображаем ШИП:

2. Определим напряжение питания ШИП.

 

где DU_прVS1=1,2…2,5  –падение напряжения на открытом тиристоре;

ПринимаемDU_прVS1=1,5 В

Внутреннее сопротивление источника питания:

R_вн=0,1R_н=0,1(R_я+R_дп)=0,1(0,145+0,101)=0,0246 Ом

Номинальный ток двигателя:

    А

 В

3. Расчет и выбор элементов узла искусственной коммутации

3.1 Предварительный расчет и выбор VS1.

Среднее значение прямого тока через тиристор принимаем:

      А

Расчетное значение обратного напряжения:

   В

Предварительно выбираем VS1 из условий:

      А

       В

Указанным условиям удовлетворяют тиристор типа ТЧ50-3 с параметрами:

Средний ток в открытом состоянии I_{ос.ср.max}=50 А;

Повторяющееся импульсное обратное напряжение U_обр.п.=300 В;

Время включения t_вкл=5 мкс;

Время выключения t_выкл=(12…30) мкс;

Принимаем t_выкл=30 мкс;

Повторяющийся импульсный ток в открытом состоянии I_ос.п.=pI_{ос.ср.max}=157 А;

Рабочая частота f_раб=630 Гц;

3.2 Расчет емкости коммутирующего конденсатора:

;

где номинальная ЭДС ДПТ:

 В

мкФ

Рабочее напряжение конденсатора:

    В

Условия выбора конденсатора:

Выбираем конденсаторы типа МБГО 4 шт емкостью  2 мкФ, 2 мкФ , 2 мкФ и 1 мкФ

Выбранные конденсаторы соединяем параллельно:

 мкФ

 В

3.3 Расчет L_К

E_Я=0 т.к пуск;

I_{VS1.И.МАХ}=I_ОС.И.=157 А

 мГн;

3.4 Определяем собственную (резонансную) частоту работы ШИП.

  Гц

 c

c

3.5 Определяем максимальную частоту работы ШИП:

с

c

Гц

3.6 Определяем рабочую частоту ШИП:

с

 Гц

3.7 Среднее значение тока через VD1:

А

3.8 Уточняем выбор тиристора VS1:

А

Тиристор выбран верно т.к

3.9 Производим выбор диода VD1:

Выбранный диод должен удовлетворять трем условиям :

  А

 А

В

 А

Указанным условиям удовлетворяет диод типа ЗДЧ122-50-3 с параметрами:

Прямой средний ток  А;

Прямой повторяющийся импульсный токА

Импульсное обратное напряжениеВ

Время обратного восстановления  мкс

3.10 Рассчитываем и выбираем коммутирующий тиристор VS2:

 

А

В

 А

 с

 А

Указанным условиям удовлетворяет тиристор типа 2У701В с параметрами:

  Средний ток в открытом состоянии  А

  Повторяющееся импульсное обратное напряжение В

  Время выключения  мкс

  Повторяющийся импульсный ток в открытом состоянии  А

3.11 Рассчитываем и выбираем обратный диод VD₀

 

 А

В

А

Указанным условиям удовлетворяет диод типа ЗДЧ122-40-3 с параметрами :

Средний ток в открытом состоянии  А

Повторяющийся импульсный ток в открытом состоянии А

Повторяющееся импульсное обратное напряжение В

Время обратного восстановления  мкс

Максимальная частота  кГц

4. Определяем диапазон регулирования на нагрузке

 В

5. Построение временных диаграмм

6. Построение внешней характеристики

Внешняя характеристика показывает зависимость U_d(I_d)

Внешняя характеристика была построена в MathCad при помощи следующих формул:

 У ШИП по току возможны три режима: непрерывный, граничный и режим прерывистых токов.

Для режима непрерывного тока внешняя характеристика получена по формуле:

Для режима граничного тока внешняя характеристика получена по формуле:

Длительность протекания тока:

Ток и напряжение в режиме прерывистого тока:

Далее представлена часть документа MathCad , где производится расчет внешней характеристики.

Рис.3 Фрагмент документа MathCad ( расчет внешней характеристики)

 

Рис.4 Внешние характеристики ШИП

7.Расчет величины пульсаций тока при g=0,5

7.1 Расчет пульсаций в режиме непрерывного тока

Максимальное значение тока:

Значение ЭДС ДПТ для g=0,5

 В

Минимальное значение тока:

А

А

7.2 Расчет пульсаций в режиме прерывистого тока

 В

А

Значение t_m  из рис.3

 с

Среднее значение тока

 А

8. Рассчитать электромеханические характеристики ДПТ

Построение и расчет характеристик был произведен в MathCad по следующим формулам:

Далее представлена часть документа MathCad , где производится расчет электромеханической  характеристики.

 

Рис.5 Электромеханической  характеристики