Материал: КП. Драчев Г.И.Теория электропривода.2002_КП
21
При
этом
выбирается
тип
преобразователя
(
комплектного
электропривода
),
опре
-
деляется
его
номинальные
данные
,
перегрузочная
способность
,
схема
выпрямле
-
ния
,
габаритные
размеры
,
наличие
трансформатора
(
токоограничивающего
реак
-
тора
),
сглаживающего
дросселя
.
По
выпрямленному
току
тиристорные
преобразователи
допускают
пере
-
грузку
в
циклическом
режиме
не
более
75 %
в
течение
1
мин
и
не
более
110 %
в
течение
15
с
[
12
]
.
При
этом
среднеквадратичный
ток
не
должен
превышать
но
-
минальный
при
времени
усреднения
10
мин
.
Выбор
трансформатора
(
токоограничивающего
реактора
)
производится
из
условия
обеспечения
номинального
напряжения
на
якоре
двигателя
при
допусти
-
мых
колебаниях
напряжения
сети
(–10% +15 %)
и
номинальном
токе
якоря
.
Прак
-
тически
при
номинальном
напряжении
на
якоре
двигателя
U
н
= 220
В
применяют
трансформатор
,
при
U
н
= 440
В
–
токоограничивающий
реактор
.
Для
выбора
трансформатора
определяют
линейное
напряжение
вентильной
(
вторичной
)
обмотки
трансформатора
по
соотношению
,
нтп
U
c
к
u
к
R
к
3
л
2
U
=
(13.1)
где
к
R
–
коэффициент
,
учитывающий
падение
напряжения
за
счет
коммутации
тиристоров
,
на
активных
сопротивлениях
трансформатора
,
вентилей
,
сглаживаю
-
щего
реактора
(
предварительно
к
R
= 1,05);
к
u
–
коэффициент
схемы
выпрямления
(
для
трехфазной
мостовой
схемы
К
u
= 2,34);
к
c
–
коэффициент
,
учитывающий
допустимые
колебания
напряжения
сети
(
для
промышленных
электрических
сетей
к
c
= 0,85).
Коэффициент
трансформации
трансформатора
:
к
т
=U
1
л
/U
2
л
,
(13.2)
где
U
1
л
–
номинальное
линейное
напряжение
сетевой
(
первичной
)
обмотки
трансформатора
.
Значение
тока
фазы
в
цепи
питания
преобразователя
(
вторичной
обмотки
)
при
токе
нагрузки
I
н
–
номинальном
токе
двигателя
,
I
К
I
н
I
2
⋅
=
(13.3)
где
к
I
–
коэффициент
схемы
выпрямления
по
току
(
для
трехфазной
мостовой
схе
-
мы
к
I
= 0,82).
Значение
тока
первичной
обмотки
.
K
/
I
I
т
2
1
=
(13.4)
Расчетное
значение
типовой
мощности
трансформатора
2
)
I
U
I
(U
3
S
2
2
л
1
1
л
т
⋅
+
⋅
=
. (13.5)
Пользуясь
полученными
расчетными
данными
по
справочникам
[
12
]
или
каталогам
выбирают
силовой
трансформатор
при
S
тн
≥
S
т
.
В
тиристорных
преоб
-
22
разователях
на
мощности
от
10
до
400
кВА
применяются
трансформаторы
типа
ТСП
(
трансформатор
сухой
для
полупроводниковых
выпрямителей
открытого
ис
-
полнения
)
и
ТСЗП
(
защищенного
исполнения
).
Технические
данные
некоторых
трансформаторов
приведены
в
приложении
В
[
12
]
.
Для
дальнейших
расчетов
ис
-
пользуются
номинальные
данные
трансформатора
: S
ТН
,
U
1
лн
,
U
2
лн
,
I
1
н
,
I
2
н
,
а
также
потери
холостого
хода
Р
хх
при
U
1
лн
,
потери
короткого
замыкания
Р
кз
при
I
1
н
,
напряжение
короткого
замыкания
U
k
%,
ток
холостого
хода
I
хх
% .
Выбор
токоограничивающих
реакторов
,
включаемых
в
цепь
переменного
тока
мостовой
схемы
выпрямления
тиристорного
преобразователя
,
производится
по
номинальному
току
,
потребляемому
из
сети
переменного
тока
,
при
номиналь
-
ном
напряжении
.
Для
тиристорных
преобразователей
используют
реакторы
серии
РТСТ
(
реактор
трехфазный
сухой
токоограничивающий
).
Индуктивное
сопротив
-
ление
реакторов
соответствует
напряжению
короткого
замыкания
(
для
номиналь
-
ного
тока
),
равному
5,5%.
Основные
параметры
некоторых
реакторов
приведены
в
приложении
В
.
Сглаживающий
реактор
в
цепи
постоянного
тока
преобразователя
сглажи
-
вает
пульсации
выпрямленного
тока
,
уменьшает
зону
прерывистых
токов
и
огра
-
ничивает
скорость
нарастания
аварийного
тока
через
тиристоры
при
коротком
за
-
мыкании
на
стороне
выпрямленного
тока
.
За
счет
пульсаций
тока
якоря
нагрев
двигателя
вырастает
на
2…3%
при
коэффициенте
пульсаций
g=0,15,
на
5…7 % –
при
g=0,25,
на
15…22% –
при
g=0,35
[
12
]
.
Рост
коэффициента
пульсаций
тока
и
напряжения
ухудшает
процесс
комму
-
тации
двигателя
,
вынуждает
снижать
предельные
значения
тока
якоря
.
При
расче
-
те
индуктивности
сглаживающего
реактора
исходят
из
допустимого
уровня
пуль
-
саций
выпрямленного
тока
в
установившемся
режиме
при
номинальном
напряже
-
нии
на
якоре
.
Обычно
действующие
значения
основной
гармоники
пульсаций
вы
-
бираются
в
пределах
g
%
= 2...15 %
номинального
тока
двигателя
[
5
]
в
зависимо
-
сти
от
мощности
,
диапазона
регулирования
скорости
и
условий
коммутации
дви
-
гателя
.
Рекомендуемая
величина
g% <= 7%[ 12].
Необходимая
индуктивность
цепи
выпрямленного
тока
L
d
может
быть
оп
-
ределена
[
5
]
по
амплитудному
значению
первой
гармоники
выпрямленного
на
-
пряжения
U
dm(1)
и
заданному
коэффициенту
пульсаций
g
:
,
I
g
m
U
L
н
)
1
(
dm
d
⋅
⋅
⋅
=
ω
(13.6)
где
m –
пульсность
(
для
трехфазной
мостовой
схемы
m = 6);
ω
= 2
π
f
1
=314
рад
/c –
угловая
частота
сетевого
напряжения
;
I
н
–
номинальный
ток
двигателя
,
А
.
Для
трехфазной
мостовой
схемы
:
α
α
2
2
2
0
d
)
1
(
dm
tg
m
1
1
m
cos
U
2
U
+
−
=
;
0
d
U
н
U
0
d
E
d
E
cos
≅
=
α
;
23
л
2
0
d
U
35
,
1
U
=
.
Величина
L
d
может
быть
также
рассчитана
по
соотношению
[
12
]
н
н
d
I
U
%
g
12
L
=
.
Практически
выпрямленный
ток
протекает
при
трехфазной
мостовой
схеме
выпрямления
через
обмотку
якоря
и
две
обмотки
силового
трансформатора
(
то
-
коограничивающего
реактора
).
Индуктивное
сопротивление
рассеяния
этих
обмо
-
ток
участвует
в
сглаживании
пульсаций
и
величина
индуктивности
этих
обмоток
(L
d
+ 2L
Т
)
должна
быть
учтена
при
выборе
сглаживающего
реактора
.
Индуктивность
обмотки
якоря
рассчитывают
по
формуле
[10]:
,
I
р
U
k
L
н
н
п
н
я
⋅
⋅
⋅
=
ω
(13.10)
где
U
н
, I
н
,
ω
н
–
номинальные
напряжение
(
В
),
ток
(
А
)
и
частота
вращения
(
рад
/c)
двигателя
;
р
п
–
число
пар
полюсов
;
k –
коэффициент
,
который
принимают
равным
k = 0,6
для
двигателей
без
компенсационной
обмотки
,
и
k = 0,25 –
для
компенсированных
машин
.
Индуктивность
обмотки
трансформатора
рассчитывают
по
каталожным
данным
трансформатора
:
100
I
%
U
U
z
н
2
к
н
2
т
⋅
⋅
=
; (13.11)
2
н
2
кз
т
I
3
P
r
⋅
=
; (13.12)
(
)
2
т
2
т
т
r
z
x
−
=
; (13.13)
н
1
т
т
f
2
x
L
⋅
⋅
=
π
. (13.14)
Индуктивность
обмотки
токоограничивающего
реактора
приводится
в
ката
-
логах
[
12
]
.
Если
необходимая
индуктивность
L
d
>
L
я
+ 2L
Т
,
то
требуется
установка
сглаживающего
реактора
с
индуктивностью
).
L
2
L
(
L
L
т
я
d
р
+
−
=
(13.15)
Сглаживающий
реактор
выбирается
по
каталогу
или
справочнику
[
12
]
по
номинальному
току
двигателя
I
н
и
проверяется
на
допустимые
перегрузки
по
мак
-
симуму
тока
перегрузки
и
времени
действия
перегрузки
.
Двигатели
постоянного
тока
серии
Д
(
краново
-
металлургическая
серия
)
до
-
пускают
питание
от
преобразователей
постоянного
напряжения
,
соединенных
по
трехфазной
мостовой
схеме
,
без
применения
сглаживающих
реакторов
,
при
этом
коэффициент
пульсаций
g
<
7 %
[
24
]
.
13.2.
Выбор
преобразователя
частоты
24
Питание
двигателей
переменного
тока
может
выполняться
от
тиристорных
и
транзисторных
преобразователей
частоты
как
с
непосредственной
связью
НПЧ
,
состоящих
из
нескольких
управляемых
выпрямителей
,
подключенных
к
сети
пе
-
ременного
тока
,
так
и
от
двухзвенных
преобразователей
частоты
с
автономными
инверторами
ПЧИ
,
осуществляющими
преобразование
напряжения
питающей
се
-
ти
последовательно
в
напряжение
постоянного
тока
,
а
затем
в
трехфазное
напря
-
жение
регулируемой
частоты
[
9
]
.
Типовые
схемы
тиристорных
преобразователей
переменного
тока
рассмотрены
в
[9, 13].
В
приложении
Г
приведены
схемы
пре
-
образователей
частоты
типа
ЭКТР
-3
и
АТ
05.
Выбор
типа
преобразователей
зависит
от
частоты
питающей
сети
,
требуемого
диапазона
изменения
частоты
на
выходе
преобразователя
,
определяемого
диапа
-
зоном
изменения
скорости
вращения
двигателя
,
от
мощности
двигателя
,
диапазо
-
на
изменения
нагрузки
на
валу
двигателя
,
наличия
или
отсутствия
реверса
,
режи
-
мов
работы
двигателя
.
При
сетевой
частоте
50
Гц
и
выходных
частотах
25…12,5
Гц
и
ниже
для
любого
типа
привода
целесообразно
использовать
преобразователь
с
непосредст
-
венной
связью
.
При
выходных
частотах
50
Гц
и
ниже
или
выше
50
Гц
используются
преоб
-
разователи
с
автономными
инверторами
напряжения
АИН
или
тока
АИТ
.
Приме
-
нение
АИТ
целесообразно
в
приводах
,
работающих
с
поддержанием
заданной
величины
момента
.
При
широких
диапазонах
регулирования
скорости
двигателя
подобные
преобразователи
используются
лишь
в
замкнутых
системах
электро
-
привода
.
Выбор
преобразователей
осуществляется
по
справочникам
[
24
]
,
каталогам
электротехнической
промышленности
[
22
]
на
основе
номинальных
данных
пред
-
варительно
выбранного
двигателя
:
;
U
U
нл
нпч
≥
;
I
I
н
1
нпч
≥
где
U
нл
, I
н
1
–
соответственно
номинальные
линейное
напряжение
и
фазный
ток
статора
двигателя
;
U
нпч
, I
нпч
–
соответственно
номинальные
линейное
напряжение
и
ток
нагруз
-
ки
преобразователя
частоты
.
Диапазон
изменения
выходной
частоты
преобразователя
должен
быть
не
менее
требуемого
диапазона
изменения
частоты
питания
двигателя
.
Преобразователь
допускает
работу
двигателя
при
номинальной
скорости
с
двукратным
током
нагрузки
.
Промышленные
преобразователи
частоты
с
автономными
инверторами
комплектуются
собственными
силовыми
трансформаторами
,
выбор
которых
в
проекте
не
предусматривается
.
Выходное
напряжение
подобных
преобразовате
-
лей
,
как
правило
,
стабилизировано
с
высокой
точностью
внутренними
обратными
связями
,
что
позволяет
не
учитывать
внутреннее
сопротивление
преобразователя
при
расчете
механических
характеристик
двигателя
.
Преобразователи
частоты
с
непосредственной
связью
могут
не
иметь
собст
-
венных
силовых
трансформаторов
.
Для
подобных
преобразователей
предусмат
-
25
ривается
выбор
трансформатора
из
условия
обеспечения
номинальных
режимов
работы
двигателя
.
Методика
выбора
трансформатора
описана
в
[
12
]
,
а
расчет
его
параметров
в
[
5
]
.
Внутреннее
сопротивление
преобразователя
должно
быть
учте
-
но
при
расчете
механических
характеристик
двигателя
.
13.3.
Выбор
станции
управления
для
двигателя
,
питающегося
от
цеховой
сети
Типовой
электропривод
при
питании
электродвигателя
от
цеховой
сети
с
управлением
от
магнитного
контроллера
(
релейно
-
контакторная
система
)
включа
-
ет
в
себя
[
23
]
:
–
электродвигатель
;
–
станцию
управления
с
цепями
защиты
и
сигнализации
;
–
электрические
аппараты
для
управления
электроприводом
(
кнопки
управ
-
ления
,
универсальные
переключатели
,
командоконтроллеры
);
–
резисторы
в
силовых
цепях
электродвигателя
;
–
путевые
и
конечные
выключатели
.
При
выбранном
двигателе
расчет
пусковых
,
тормозных
и
регулировочных
резисторов
в
силовых
цепях
двигателя
выполняется
из
условия
обеспечения
тре
-
бований
,
предъявляемых
к
электроприводу
:
–
диапазона
регулирования
скорости
;
–
ограничения
ускорения
;
–
необходимости
точной
остановки
,
и
т
.
д
.
При
отсутствии
особых
требований
к
плавности
пуска
число
ступеней
пус
-
ковых
резисторов
принимается
равным
2 … 3.
По
окончании
пуска
двигатель
может
работать
как
в
естественной
схеме
(
при
номинальном
напряжении
и
отсутствии
резисторов
в
цепях
обмоток
двигате
-
ля
),
так
и
на
искусственных
характеристиках
(
при
наличии
резисторов
в
цепях
обмоток
двигателя
).
Выбор
режима
торможения
двигателя
(
противовключения
,
динамического
или
рекуперативного
торможения
)
основывается
как
на
технологических
требова
-
ниях
к
приводу
в
отношении
интенсивности
торможения
и
точности
остановки
,
так
и
на
технико
-
экономических
показателях
–
учете
потерь
энергии
при
тормо
-
жении
и
сложности
аппаратурной
реализации
режима
.
Схемы
типовых
станций
управления
приведены
в
приложении
Д
.