Расчет и построение внешних характеристик тиристорного преобразователя. Расчет и построение скоростных характеристик двигателя постоянного тока. Построение временных диаграмм напряжений и токов в нагрузке

3. Расчет и построение внешних характеристик ТП в режиме прерывистого и непрерывного токов при углах управления  a = 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°.

           Внешняя характеристика ТП – это зависимость E_d = f(I_d) при U_У = const (a = const). Внешние характеристики, полученные при различных фиксированных значениях U_У образуют семейство внешних характеристик.

        В режиме непрерывных токов ЭДС (E_d) не зависит от тока нагрузки I_d и определяется углом a: 

E_d = E_d0 × cos(a)

         а напряжение:   U_d = E_d – I_d ×(R_пер + R_ип + R_в)

       Режим прерывистых токов при углах открывания   a_гр = 10°05¢ (при       p = 6) ограничен эллипсом, который описывается уравнениями

E_{d гр.} = В × cos(a) ;    I_{d гр.} =  А× sin(a)

где  В = E_d0 – большая полуось эллипса;

    А – малая полуось эллипса;

гдеX_2Т  - приведенное сопротивление обмотки трансформатора;

        X_d- индуктивное сопротивление цепи нагрузки;

k=2 - для мостовых m-фазных схем;

  p – пульсность схемы.

Нелинейность внешних характеристик в зоне прерывистых токов при работе ТП на противо ЭДС Е можно рассматривать как следствие наличия дополнительного фиктивного сопротивления DR_dп , тогда за счет этого сопротивления ЭДС E_d будет снижаться в зоне прерывистых токов на величину DЕ_d

DE_d = I_d × DR_dп

Максимальное значение ЭДС  E_d при холостом ходе равно значению ЭДС в цепи нагрузки и определяется:      

E_dm = E_2m –амплитудное значение выпрямленной ЭДС.    

E_dm = ×E₂ –для мостовых схем.

Среднее значение тока нагрузки преобразователя в режиме прерывистых токов определяется выражением:

а ЭДС:

          Произведем расчет для α = 75^о,  λ = π/3.

В режиме прерывистых токов:

ЭДС холостого хода:

          Среднее значение тока нагрузки:

где   X_d = 2 × π × f × L_Я = 2 × 3,14 × 50 × 0,011 = 3,456  Ом

              Среднее значение ЭДС нагрузки:

Граничные значения:

E_{d гр.} = В × cos(a) = E_d0 × cos(a) = 554 × cos(75) = 143,3  В

где  E_d0 = 2,34 × U_2Ф = 2,34 × 236,7 = 554  В.

I_{d гр.} =  А× sin(a) = 12,7 × sin(75) = 12,3  A

где  

В режиме непрерывного тока ЭДС не зависит от тока, следовательно, характеристика будет проходить параллельно оси тока нагрузки.

Для остальных значений расчет произведем в MathCAD (Приложение 1)

 

Рис.2.  Внешние характеристики ТП при различных углах α.

4. Расчет и построение скоростных характеристик ДПТ в режиме прерывистого и непрерывного токов при углах управления  a = 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°.

При построении скоростных характеристик будем использовать расчетные формулы из п.3,  а так же дополнительные формулы: 

         отсюда

Граничные значения ω и тока рассчитываются по тем же формулам что и  в пункте 3.

В режиме непрерывных токов характеристики также будут иметь некоторый наклон – это объясняется зависимостью скорости двигателя от тока нагрузки.

Для остальных значений расчет произведем в MathCAD (Приложение 2)

Рис.3.  Скоростные характеристики ДПТ при различных углах α.

5.  Построить характеристики управления  ТП при I_d =0,

I_d = 0,5×I_{d гр.} и I_d = I_{d гр.}  (I_{d гр.} при a = 75°), при пилообразном опорном напряжении, считая, что при   U_у = 10 В (a=0),

U_оп.max = 10 В.

Характеристика управления ТП – это зависимость  E_d = f(U_У) при заданном значении тока нагрузки  I_d.

При  a = 75^о,   I_{d гр.} = 12,3А.

Характеристика управления будем строить аналитическим способом: используем формулы для  I_d  и  Е_d. Задаваясь необходимым током  I_d (три значения по условию) находим значение λ для всех значений угла a. Далее подставляя полученный диапазон λ и имеющийся диапазон a в формулу для ЭДС определяем величину ЭДС  Е_d. Так делаем для трех значений токов I_d. Напряжение управления находим по величине угла a по формуле:   (Приложение 3):

Рис.4.  Характеристики управления ТП.

6.  Построение временных диаграмм напряжений и токов в нагрузке при заданных значениях α и тока I_d (α = 25^о,  I_d = 0,4 ∙ I_{d гр}  при  α = 25^о).

Значение тока I_d  при α = 60^о :

I_{d гр.} =  А× sin(a) = 12,73 × sin(60^О) = 11,02  A

    I_d = 0,2 ∙ 11,02 = 2,2  А.

Используя следующее уравнение, рассчитаем значение  λ:

Отсюда     λ = 0,63974 рад             (λ =  37 град)

Далее, подставляя значение α и λ, найдем значение ЭДС по формуле:

         

Строим временные диаграммы напряжений и токов в нагрузке:

Содержание

1.  Функциональная схема трехфазного нереверсивного мостового ТП с нагрузкой ДПТ НВ……………………………………………….……………….

2.  Расчет и выбор трансформатора ……………………………...………………

3.  Расчет и построение внешних характеристик ТП в режиме прерывистого и непрерывного токов при углах управления  a = 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°.………………………………………………………………………..……..

4.  Расчет и построение скоростных характеристик ДПТ в режиме прерывистого и непрерывного токов при углах управления  a = 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°.………………………………………………………………………….

5.  Построение характеристик управления  ТП при I_d =0  ,  I_d = 0.5×I_{d гр.} и I_d = I_{d гр.}  (I_{d гр.} при a = 75°), при пилообразном опорном напряжении, считая, что при   U_у = 10 В (a=0), U_оп.max = 10 В…………………………………….

6.  Построение временных диаграмм напряжений и токов в нагрузке при заданных значениях α и тока I_d (α = 60^о,  I_d = 0,2 ∙ I_{d гр}  при  α = 60^о)……...

Приложение 1………………………………………………………………...

Приложение 2………………………………………………………………...

Приложение 3………………………………………………………………...