Способы диагностики, основанные на спектральном анализе кривой выходного напряжения

Кафедра автоматизированного электропривода и электротехники

Курсовая работа

по курсу «Преобразовательная техника»

«Расчет и исследование работы тиристорного выпрямителя, при

нормальных и аномальных режимах работы»

Выполнил: Проверил:

студент группы №533 д.т.н. профессор

Байков И.О. Кулик В.Д.

Санкт-Петербург

Содержание

 

Задание........................................................................................................................................... 3

I. Исследование трёхфазного выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке (сопротивление обмотки возбуждения)................................................................................................................................. 4

1.Способы диагностики, основанные на спектральном анализе кривой выходного напряжения 5

1.2 Регулировочные характеристики при L_B = (0;10²;10³)L_я.................................................... 7

2.Способы диагностики, основанные на гармоническом анализе и визуальной оценке кривых фазных токов......................................................................................................................................................... 8

3. Способ диагностики, основанный на совместном анализе кривых мгновенных значений фазных токов и выходного напряжения выпрямителя....................................................................................... 15

4. Ассиметрия импульсов управления...................................................................................... 16

II.Исследование трёхфазного управляемого выпрямителя при нагрузке на противо-ЭДС, при моделировании на двигатель постоянного тока с независимым возбуждением................. 17

1.Нормальный режим работы.................................................................................................... 19

2.Аномальный режим работы.................................................................................................... 22

Вывод........................................................................................................................................... 24

Библиографический список....................................................................................................... 25

 

Задание

I. Исследование трехфазного выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке (сопротивление обмотки возбуждения)

1.Нормальный режим работы. (сопротивление обмотки возбуждения)

-рассчитать и построить переходные процессы (i_в=f(t)) при заданных параметрах обмотки возбуждения и L_γ=0.1L_я, α=0.

-рассчитать и построить регулировочные характеристики при L_B=(0;0.1 ; 0.5)L_я

-рассчитать и построить внешние характеристики при Lγ=(0; 10²; 10³)L_я

2. Аномальный режим работы.

- рассчитать и построить кривые токов и напряжений при трех видах аномальных режимов в соответствии с плакатами №5, №6, №7 и сравнить с кривыми нормального режима.

-объяснить работу в аномальных режимах и описать их диагностику.

II. Исследование трехфазного мостового управляемого выпрямителя при нагрузке на противо – ЭДС.
1.Нормальный режим работы

-рассчитать и построить кривые токов и напряжений

2.Аномальный режим работы.

- рассчитать и построить кривые токов и напряжений при трех видах аномальных режимов в соответствии с плакатом №10.

- объяснить поведение кривых при аномальных режимах и описать их диагностику.

 

Задание

Рассчитать и исследовать тиристорный трехфазный мостовой выпрямитель при различной нагрузке на двигатель постоянного тока при нормальных и аномальных режимах работы.

 

 

Данные двигателя (вариант №2)

 

 

Мощность - 14 000 Вт

Напряжение - 440 В

Номинальная частота вращения - 1500 об/мин

Максимальная частота вращения - 3500 об/мин

КПД - 88%

Сопротивление обмотки якоря Rя - 0.294 Ом

Индуктивность обмотки якоря Lя - 11 мГн

Сопротивление обмотки возбуждения Rв - 96 Ом

 

 

Питание выпрямителя осуществляется от сети напряжением U=380 В

Через трансформатор. Проведенная ко вторичной обмотке индуктивность рассеивания L фазы составляет .

1. Исследование трёхфазного управляемого выпрямителя при работе при активно-индуктивной нагрузке.

 

1) Нормальный режим работы (сопротивление обмотки возбуждения).

 

1.1 рассчитать и построить переходные процессы (i_в=f(t)) при заданных параметрах обмотки возбуждения и L_γ=0.1L_я, α=0.

 

L_γ=0.1L_я=0.1*11*10^-3=0.0011 (Гн)

 

Схема выпрямителя показана на рис. 1.1. На практике такая нагрузка не встречается, т.к. даже провода обладают индуктивностью. (Но если индуктивность мала, то ею можно пренебречь). В этом разделе необходимо исследовать процессы, которые проходят в выпрямителе при чисто активной нагрузке, это нужно для того чтобы понять принципиальную работу схемы.

 

Рис.1.1 Силовая схема трёхфазного мостового выпрямителя

с активной нагрузкой.

Ucb Uab Uac Ubc Uba Uca

Рис.1.1 Принципиальная схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку.

Рис.1.2 Кривые мгновенных линейных напряжений.

 

На рис.1.1 приведена схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя. Для рассмотрения работы этой схемы, построим линейные напряжения (рис 1.2). Угол управления отсчитывается от точек естественного отпирания вентилей. Импульсы управления подаются на те тиристоры, потенциал анода которых в рассматриваемый момент времени имеет наивысшее значение по отношению к потенциалу анода остальных тиристоров. Проведем анализ работы схемы на активно-индуктивную нагрузку с помощью диагностики, основанной на спектральном анализе кривой выходного напряжения при нормальном режиме (α_1-6=6°) и при аномальном (α_1-4,6=6°, α₅=30°).

Способы диагностики, основанные на спектральном анализе кривой выходного напряжения

Рис.1.3 Расчетная схема мостового управляемого выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой в пакете MatLab 7 (Simulink).

Uac Ubc Uba

а)

t1 t2 t3

Б)

Рис.1.4 а) Кривая мгновенных значений выпрямленного напряжения при α_1-6=6°

б) Спектр гармоник выпрямленного напряжения при α_1-6=6°.

Рассмотрим более подробно работу выпрямителя при α = 6° в момент времени t = t1 (рис.1.4,а) потенциал точки «a» имеет наибольшее значение по отношению к точке «c». Поэтому подача импульсов управления на тиристоры T1, T4 приведёт к их отпиранию и протеканию тока по цепи a – T1 – Zн – T4 – c. При t = t2 импульсы управления подаются на тиристоры T3, T4, поскольку потенциалы анодов имеют наибольшее значение по отношению к потенциалам анодов других тиристоров, и они откроются.

Таким образом, при t = t3 оказываются включенными три тиристора: T1, T3, Т4. Поскольку потенциал точки «b» по отношению к потенциалу точки «a» в данный момент времени больше нуля (u_ba>0), то возникает ток коммутации, протекающий по цепи b – T3 – T1 – a встречно току тиристора T1, и он выключится. Так как индуктивными сопротивлениями рассеивания Xγ мы пренебрегали, то коммутация с T1 на T3 произойдёт мгновенно.

При моделировании выпрямителя можно заметить, что напряжение на нагрузке имеет не синусоидальную форму. Следовательно, они содержат высшие гармоники. Из рис.1.4,б следует, что выпрямленное напряжение имеет только четные гармоники кратные 6 (это 6, 12, 18) и постоянную составляющую (нулевую гармонику).

А)

Ud

t

б)

Рис.1.5 а) Кривая мгновенных значений выпрямленного напряжения при α_1-4,6=6°, α₅=30°

б) Спектр гармоник выпрямленного напряжения при α_1,3-6=6°, α₂=30°

Данный способ является косвенным способом диагностики управляемых выпрямителей и дает нам общую оценку о состоянии выпрямителя. По форме выходного напряжения (например, подключив осциллограф) мы можем судить о нарушении работы выпрямителя, без указания конкретного места и причины по которой это нарушение вызвано. В данном примере рассмотрена неправильная работа фазосдвигающего устройства, мы видим искажение выходного напряжения и некоторое ухудшение его гармонического состава.

Используя логические элементы и имея гармонический состав, мы можем создать систему автоматического определения неисправности в управляемом выпрямителе.

1.2 Регулировочные характеристики при L_B = (0;10²;10³)L_я

Рис.1.6 Регулировочная характеристика при активно-индуктивной нагрузке и (1), (2), (3).

 

Из рис.1.6 видно, что диапазон регулирования выпрямителем при чисто активной нагрузке составляет от 0º до 120º.

При активно-индуктивной нагрузке при L_В=100*Lя диапазон изменения угла α лежит в пределах от 0º до 104º. Уменьшение диапазона изменения угла регулирования объясняется тем, что при α ≥ 90º площадь положительного значения напряжения будет равна площади нижнего, и согласно критерию равенства площадей (S_L1 = S_L2) среднее значение выпрямленного напряжения будет равно нулю.