Расчет и выбор управляемых преобразователей электроприводов металлургических машин

УДК621.3;621.7 
Ф32 

Р е ц е н з е н т 
доктор технических наук, профессор Н.А. Чиченев 

Фединцев В.Е. 

Ф32 
Расчет и выбор управляемых преобразователей электроприводов металлургических машин: Учеб.-метод. пособие. М.:МИСиС,2003.-53с. 

в пособии приведены краткие сведения о системах питания и регулирования скорости двигателей постоянного и переменного тока. Достаточно 
подробно рассмотрены методики расчета и выбора статистических и электромашинных преобразователей. Основные теоретические положения и 
инженерные методики для лучшего усвоения иллюстрируются цифровыми 
примерами. 

Пособие содержит технические характеристики тиристорных преобразователей постоянного тока, генераторов постоянного тока, синхронных 
двигателей и статических преобразователей частоты, производимых в настоящее время в России и за рубежом или снятых с производства, но 
используемых в металлургических цехах. 

Содержание пособия соответствует программе курсов «Электропривод 
металлургических машин» и «Электрооборудование цехов ОМД». 

Предназначено для использования на практических занятиях по электрооборудованию и электроприводу, а также выполнения домашних заданий 
и электротехнической части дипломного проекта студентами специальностей 
110600 «Обработка металлов давлением» и 170300 «Металлургические машины и оборудование». 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов (Технологический 
университет) (МИСиС), 2003 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение 
4 

1. Расчет и выбор элементов системы ТП - Д 
5 

1.1. Тиристорные преобразователи для электроприводов 

постоянного тока 
5 

1.2. Технические данные и состав преобразователей 
6 

1.3. Защита преобразователей 
8 

1.4. Расчет сглаживающего дросселя 
9 

1.5. Выбор типа преобразователя 
10 

Примеры расчета 
13 

2. Расчет и выбор элементов системы Г - Д 
17 

2.1. Расчет мощности генератора постоянного тока 
18 

2.2. Расчет мощности синхронного двигателя 
18 

2.3. Схемы питания прокатных двигателей 
19 

2.4. Расчет тиристорных возбудителей генератора и двигателя 
21 

2.5. Расчет тиристорного преобразователя для возбуждения 
генератора 
22 

Пример расчета 
24 

3. Расчет и выбор преобразователей частоты 
26 

3.1. Регулирование скорости асинхронного двигателя 
26 

3.2. СистемаНПЧ-АД 
27 

3.3. СистемаПЧИ-АД 
28 

3.4. Выбор типа преобразователя частоты 
31 

Библиографический список 
32 

Приложения 
33 

Приложение 1. Тиристорные преобразовательные агрегаты 

серии ТЕ(Р) 
33 

Приложение 2. Тиристорные преобразователи серий ТВ и ТВР 
35 

Приложение 3. Тиристорные агрегаты серий ТВР и ТВН 
37 

Приложение 4. Комплектный тиристорный электропривод 

постоянного тока серии ЭПУ1 
40 

Приложение 5. Тиристорные преобразовательные агрегаты 

серий ТПЗиТПРЗ 
42 

Приложение 6. Сглаживающие реакторы типа ФРОС и СРОС 
48 

Приложение 7. Технические данные генераторов постоянного тока 
49 

Приложение 8. Технические данные некоторых синхронных 

двигателей, применяемых в металлургическом производстве 
49 

Приложение 9. Преобразователи частоты 
50 

3 

ВВЕДЕНИЕ 

в приводах прокатных станов применяются двигатели постоянного и переменного тока (асинхронные и синхронные). 

Для питания и регулирования скорости двигателей постоянного тока используются две системы: 

1) тиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д) или 
тиристорный электропривод постоянного тока; 

2) генератор-двигатель (Г-Д). 
В связи с промышленным освоением мощных тиристорных 
преобразователей система Т П - Д находит широкое применение в 
электроприводе прокатных станов, так как имеет большие преимущества перед электромашинными преобразователями. 

В новых проектах регулируемого электропривода для строящихся прокатных цехов и при реконструкции прокатных станов 
повсеместно применяют тиристорные электроприводы. Однако для 
главных приводов мощных реверсивных прокатных станов рекомендуется применение системы Г - Д 
с приводным синхронным 
двигателем. 

Применение синхронных двигателей с опережающим коэффициентом мощности в сочетании с тиристорными преобразователями 
позволяет стабилизировать напряжение в заводских сетях, повысить 
коэффициент мощности и снизить вредное влияние высших гармоник. 
Возбуждение синхронных двигателей, генераторов и двигателей постоянного тока осуществляется от тиристорных преобразователей. 

В приводах переменного тока в основном используется частотное регулирование скорости. Для изменения частоты напряжения 
на статоре двигателя применяются статические преобразователи частоты (тиристорные или транзисторные). 

4 

1. РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ 
СИСТЕМЫ Т П - Д 

1.1. Тиристорные преобразователи для 
электроприводов постоянного тока 

Расчет системы Т П - Д заключается в выборе серийных тиристорных преобразователей постоянного тока. Все тиристорные 
преобразователи предназначены для преобразования трехфазного 
напряжения промышленной частоты в регулируемое постоянное напряжение. 

В настоящее время для питания электроприводов постоянного тока прокатных станов используются следующие типы тиристорных преобразователей: 

1)с воздушным охлаждением серий ТЕ и ТЕР мощностью 
23... 825 кВт 
для 
комплектных 
тиристорных 
электроприводов 
(прил. 1); 

2) серий ТВ и ТВР мощностью до 12000 кВт с водяным охлаждением для комплектных тиристорных электроприводов (прил. 2); 

3) комплектные тиристорные агрегаты серий ТПР, ТПН, ТВР, 
ТВН мощностью от 5 до 500 кВт (прил. 3); 

4) комплектный тиристорный электропривод постоянного тока серии ЭПУ1 (прил. 4); 

5) ТП и ТПР мощностью от 1000 до 12000 кВт для питания 
одно- и двухъякорных двигателей (прил. 5). 

Тиристорные преобразователи постоянного тока подразделяются: 

-по назначению - для питания якорных цепей и обмоток 
возбуждения машин постоянного тока; 

-по исполнению - на реверсивные и нереверсивные. Нереверсивные преобразователи обеспечивают плавное регулирование 
выпрямленного напряжения на выходе от нуля до номинального значеПИЯ Udu, реверсивные преобразователи - в диапазоне +Ц/н... О ... -Udu
5 

1.2. Технические данные 
и состав преобразователей 

Тиристорные преобразователи предназначены для эксплуатации в стационарных условиях в закрытых помещениях при 
следующих условиях: 

а) высота над уровнем моря до 1000 м; 
б) температура окружающей среды - от 5 до 40 °С; 
в) относительная влажность воздуха - не более 80 % при 25 °С; 
г) окружающая среда - невзрывоопасная, не содержащая агрессивных газов и паров в концентрациях, приводящих к разрушению металла и изоляции, ненасыщенная токовой пылью; 

д) отсутствие резких ударов и сильной тряски; 
е) рабочее положение в пространстве - вертикальное. 
Все преобразователи изготавливаются в климатическом исполнении У4 (ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70). 

Силовые цепи преобразователей питаются от трехфазной цепи 
переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 380 В ±10% при 
мощности ТП до 250 кВт и от сети 6 или 10 кВ при большей мощности. 

Силовое питание предусмотрено в основном от индивидуальных трансформаторов. Эти трансформаторы 
выполняют с 
повышенной механической прочностью; для них характерно увеличенное 
напряжение 
короткого 
замыкания. 
Для 
питания 
ТП 
используются следующие серийные трансформаторы: 

- сухие с воздушным охлаждением типа ТС, ТСЗР, ТСП, ТСЗП; 
- с масляным охлаждением типа ТМП, ТМНП, ТДП, ТДНП; 
- заполненные негорючей жидкостью (совтоловые) типа ТИП. 
Питание ТП от сети 380 В может быть как от трансформаторов, 

так и через разделительные (токоограничивающие) анодные реакторы. 

Все ТП построены по симметричной трехфазной мостовой 
схеме выпрямления. Мостовые схемы собраны на тиристорах типа 
Т-160, Т-250, Т-320, Т-1250 и др. 

Для увеличения мощности преобразователей тиристоры соединяют параллельно. Распределение тока между параллельно 
включенными тиристорами обеспечивается делителями тока. 

В преобразователях с большими величинами выпрямленного 
напряжения в каждое плечо мостовой схемы включено последовательно два тиристора. 

Во всех реверсивных преобразователях применена встречнопараллельная схема включения двух выпрямительных мостов. 

6