Трехфазный мостовой преобразователь
Выбор и обоснование схемы соединения вентилей. Подключение схемы к сети, необходимость применения сглаживающих дросселей. Расчет силового трансформатора, аппаратов защиты. Защита от коммутационных перенапряжений на тиристорах. Определение ККД установки.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.10.2013 |
| Размер файла | 317,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
В настоящее время полупроводниковые преобразователи широко используют в различных отраслях промышленности. Поэтому преобразовательная техника является одним из наиболее эффективных направлений электротехники.
Преобразовательные устройства служат для преобразования переменного напряжения в постоянное и постоянного напряжения в переменное. Также они позволяют преобразовывать частоту напряжения.
Преимущества полупроводниковых преобразовательных устройств по сравнению с другими преобразователями очевидны: они обладают высокими регулировочными характеристиками и энергетическими показателями, имеют малые габариты и массу, просты и надежны в эксплуатации. Кроме преобразования и регулирования тока и напряжения такие установки обеспечивают бесконтактную коммутацию токов в силовых цепях.
Задание на проектирование преобразователя
Таблица 1. Исходные данные
|
Uc, кВ |
0,38 |
||
|
Uc, % |
±10 |
||
|
Uн, В |
460 |
||
|
Iн, А |
600 |
||
|
Кп |
1,9 |
||
|
tкп,мсек |
40 |
||
|
К'п |
1,2 |
||
|
t'кп,мсек |
7 |
||
|
q, % |
25 |
||
|
Характнр нагрузки |
Обмотка возбуждения |
||
|
Режим работы преобразователя |
Реверсивный |
||
|
Способ управления преобразователем |
Совместный |
||
|
Система защиты |
токовая |
Внутренние короткие замыкания |
|
|
перенапряжения |
Коммутационные перенапряжения в вентилях |
||
|
Способ воздушного охлаждения |
Естественный |
||
|
с, со |
10 |
Обозначения исходных данных:
1. Uc - напряжение питающей сети;
2. Uc - колебания напряжения питающей сети;
3. Uн - номинальное значение выпрямленного напряжения на нагрузке;
4. Iн - номинальное значение выпрямленного тока в нагрузке;
5. Кп - кратность кратковременной технологической перегрузки;
6. tкп - длительность кратковременной технологической перегрузки;
7. К'п - кратность длительной технологической перегрузки;
8. t'кп - длительность действия длительной технологической перегрузки;
9. q - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке.
1. Разработка принципиальной схемы
1.1 Выбор и обоснование схемы соединения вентилей
Выбор схемы полупроводникового преобразователя, делаем на основании данных технологического задания.
Мощность преобразователя передаваемая в нагрузку:
трехфазный мостовой преобразователь
(1)
Следовательно проектируемый преобразователь является преобразователем средней мощности, и для его работы необходимо выбрать трехфазную схему выпрямления.
Исходя из задания, коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке равен 25%, поэтому целесообразнее выбрать трехфазную схему выпрямления с выводом нулевой точки трансформатора. Но при этом возникает поток вынужденного намагничивания.
1.2 Выбор способа включения обмоток трансформатора
Для согласования напряжения сети и напряжения в нагрузке, в схему необходимо включить трансформатор. Так как у выбранной схемы присутствует поток вынужденного намагничивания, то для его полного устранения выберем трансформатор с соединением вторичных обмоток в зигзаг.
1.3 Защита от аварийных токов и перенапряжений
Защита вентилей от внутренних КЗ, осуществляется путем включения предохранителя последовательно с каждым вентилем. Коммутационные перенапряжения на вентилях, устраняются путем параллельного включения RC цепей.
1.4 Подключение схемы к сети, необходимость применения сглаживающих дросселей
Так как трехфазная схема с выводом нулевой точки трансформатора, имеет коэффициент пульсации 25% /2 стр.48. табл1/, и по заданию коэффициент пульсации равен 25%, то применения сглаживающих дросселей в схеме нет необходимости. Отключение преобразователя от сети, производится выключателем установленным в первичной обмотке трансформатора.
Принципиальная схема преобразователя приведена в Приложении 1.
2. Расчет параметров и выбор элементов схемы
2.1 Расчет силового трансформатора.
В соответствии с заданием см. табл.1
Напряжение сети Uc = 0,38 кВ.
Напряжение на нагрузке Uн = 460 В.
Ток в нагрузке Iн = 800 А.
Мощность в нагрузке в соответствии с /1/ Рн = 380 кВт.
Типовая мощность трансформатора SТ может быть определена из /1. стр9./
(2)
Рис. 1. Принципиальная схема преобразовательной установки
Обозначения в схеме.
1. TV1 - трансформатор ТСЗ - 400/10;
2. C1-C6 - Конденсаторы МБПГ;
3. FU1-FU6 - Предохранители ПБВ-2-430;
4. L1-L3 - Токоограничивающие фазные реакторы РТСТ 820-0,0505 УЗ;
5. L4 - L5 - Индуктивность для ограничения уравнительных токов Д177-0,0025-12,5;
6. Lн-Rн - Обмотка возбуждения двигателя;
7. QF1 - Автоматический выключатель А3140;
8. QS1 - Силовой выключатель А 3720;
9. R1-R6 - Резисторы С5-35В;
10. VS1-VS6 - Тиристоры Т143-400.
где , ;
m - число фаз;
U и I - действующие значения напряжения и тока, первичной и вторичной обмоток трансформатора соответственно.
Для трехфазной схемы с выводом нулевой точки трансформатора справедливы соотношения.
3 (2.1.2)
4 (2.1.3)
5 (2.1.4)
6 (2.1.5)
Тогда
Исходя из рассчитанных параметров выбираем стандартный трансформатор /5.стр 68. табл. 27.11/
Таблица 2. Электрические параметры трансформатора ТСЗ - 400/10
|
Напряжение первичной обмотки U1 |
0,38 кВ |
|
|
Напряжение вторичной обмотки U2 |
410 В |
|
|
Мощность трансформатора SТР |
400 кВа |
|
|
Потери холостого хода РХХ |
1300 Вт |
|
|
Потери короткого замыкания РКЗ |
5400 Вт |
|
|
Напряжение короткого замыкания UКЗ |
5,5 % |
|
|
Ток холостого хода IХХ |
3 % |
2.2 Предварительный расчет вентилей
Определим ток вентиля в номинальном режиме работы преобразователя, для чего воспользуемся соотношением /2. стр. 48. табл.1/
7(2.2.1)
где: Iа.ср - среднее значение тока в тиристоре;
IН - ток в нагрузке.
Для обеспечения надежной работы преобразователя, необходимо выбирать коэффициент нагрузки по току в пределах 0,7 - 0,8 /3, стр.33/.
По справочнику /3, стр.412/ в качестве VS1-VS6 предварительно выбираем тиристоры Т143-400.
Таблица 3. Электрические параметры тиристоров Т143-400
|
Пороговое напряжение U0 |
1,2 В |
|
|
Максимальный прямой ток Iа |
400 А |
|
|
Ударный ток IУД |
10500 А |
|
|
Защитный показатель I2t |
560,25 кА2с |
|
|
Динамическое сопротивление RД |
0,95 мОм |
|
|
Тепловое сопротивление переход-корпус RВ |
0,07 0С/Вт |
2.3 Тепловой расчёт тиристоров
2.3.1 Номинальный режим
Допустимый средний ток в установившемся режиме определяется по формуле /1, стр. 11/:
(8)
где:
UПОР - пороговое напряжение;
КФ - коэффициент формы тока (для активно-индуктивной нагрузки КФ=1,73);
RД - динамическое сопротивление тиристора в открытом состоянии;
(9)
где Н =125о - номинальная температура [3, стр. 80-81];
С - температура окружающей среды;
R - тепловое сопротивление
Тепловое сопротивление определяется по формуле /1, стр.11/:
R=RВ + RВО+ RО (10)
где:
RВ - установившееся тепловое сопротивление вентиля;
RВО - установившееся тепловое сопротивление вентиль - охладитель ;
RО - установившееся тепловое сопротивление охладителя ;
Согласно /3, стр.29/ и /4, стр. 112/ RВО << RВ, то RВО можно пренебречь.
Мощность потерь в номинальном режиме , которая находится по формуле:
(11)
Так как нагрузка индуктивная, то вместо КФ используют коэффициент скважности, который определяется по формуле /1, стр.12/:
КС=КФ2 (12)
PН =1,2198+1,7320,4310-31982 = 288,05 Вт
Из /4,стр.114,табл. 1-25/ выбираем охладитель ОА-036 с принудительной конвекцией.
Таблица 4. Параметры охладителя ОА-036
|
Тепловое сопротивление RО |
0,3 0С/Вт |
Тепловое сопротивление: R = 0,07+0,3 = 0,37 0С/Вт
Мощность электрических потерь в соответствии с заданно температурой окружающей среды 10 0С: Вт
Тогда допустимый средний ток тиристора в установившемся режиме:
Таким образом, можно сделать вывод, что в выбранной схеме нагрузка тиристоров по току по току меньше допустимой.
2.3.2 Режим долговременной перегрузки
При долговременной перегрузке мощность потерь рассчитывается как:
(13)
где КП=1,9 - заданная кратность длительной технологической перегрузки /см. табл.1/.
Р=1,21,9198+1,7320,9510-3 (1,9198)2=856,84 Вт.
Из графика /3,стр.419/ находим переходное тепловое сопротивление тиристора
ZТ.П-К=0,003 0С/Вт, для времени технологической перегрузки tКП=40мс.
Температура перехода тиристора:
ТП=(RО+ZТ.П-К)Р+ТС (14)
ТП =(0,3+0,003)856,84+10=269,62 0С.
Допустимый ток тиристора в данном режиме:
(15)
А
2.3.3 Режим кратковременной перегрузки
В случае кратковременной перегрузки номинальная мощность потерь рассчитывается как:
16 (2.3.3.1)
где К'П=1,2 - заданная кратность кратковременной технологической перегрузки /см. табл. 1/.
Р=1,21,2198+1,7320,9510-3 (1,2198)2 = 445,63 Вт
Из графика /3,стр.126/ находим переходное тепловое сопротивление тиристора
ZТ.П-К=0,0007 0С/Вт, для времени технологической перегрузки t'КП=7мс.
Температура перехода тиристора /из 2.3.2.2/:
ТП=(0,3+0,0004)445,63+10=127 0С
Что меньше температуры, допустимой при кратковременных перегрузках.
Допустимый ток тиристора при кратковременной перегрузке/согласно 15/:
А
2.4 Выбор вентилей по обратному напряжению
Класс вентиля по максимальному допустимому обратному напряжению выбирается по величине наибольшего обратного напряжения, действующего на вентиль в установившемся режиме с учетом всех возможных причин его повышения.
Максимальное обратное напряжение действующее на тиристор может быть найдено по соотношению к средневыпрямленному с учётом коэффициента схемы /12,стр.41/:
UОБР.MAX =КХХ U'ОБР.MAX (17)
где U'ОБР.MAX согласно /2, стр. 41, табл. 1.2/ находится из соотношения:
U'ОБР.MAX = КСХUН (18)
U'ОБР.MAX =2,09460 = 964,4 В.
Коэффициент КХХ равен [1,стр.13]:
(19)
где Н - номинальный угол регулирования преобразователя;
UН - напряжение на нагрузке;
UК % - напряжение КЗ трансформатора;
UК - суммарное падение напряжения во всех элементах преобразователя;
UС - изменение напряжения питающей сети;
UКЛ - падение напряжения на вентиле;
А и в - коэффициенты внешней характеристики.
Из /5,стр.94, табл. 16-1/ для трёхфазной мостовой схемы выбираем А=0,9 в=1.
Номинальный угол регулирования:
(20)
где UН0 - выпрямленное напряжение при угле регулирования =0 /2,стр.41,табл.1.2/:
UН0=U2/0,855 (21)
UН0 = 410/0,855 = 467,84 В.
При данном напряжении номинальный угол регулирования составляет:
.
Падение напряжение на вентиле UКЛ =1/3U0 + RДIa=1/31,2 + 0,9510-3 400 = 0,78 В.
Падение напряжение на остальных элементах примем ?UК=3 В.
Тогда КХХ согласно /19/ будет равен:
Согласно /17/ максимальное обратное напряжение, действующее на тиристор:
UОБР.MAX =1,177 964,4 = 1135 В.
2.5 Расчёт параметров и выбор аппаратов защиты.
2.5.1 Расчет токов внутреннего короткого замыкания (КЗ)
Амплитуда базового тока при внутреннем КЗ /4,стр.105/:
(22)
где U2mФ - амплитуда фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора при холостом ходе;
- комплексное сопротивление одной фазы трансформатора, приведенное ко вторичной стороне.
(23)
где SH - номинальная мощность трансформатора кВА;
UК% - напряжение КЗ трансформатора.
Ом
Активное сопротивление одной фазы трансформатора /4,стр.105/:
(24)
где РКЗ - потери КЗ трансформатора кВт;
I2Ф - фазный ток вторичной обмотки трансформатора.
Ом
Отсюда реактивное сопротивление одной фазы трансформатора /4,стр.105/:
(25)
Ом
Определим амплитуду базового тока:
А
Ударный ток внутреннего короткого замыкания согласно /4, стр. 105/:
Iуд = IКm iуд* (26)
где iуд* - ударный ток в относительных единицах, значение которого берётся из кривой /5, стр.106, рис. 1- 129 а/
При ctg(k) = iуд*=1,15
Iуд=18181,81,15 =20909,07 А
Интеграл предельной нагрузки при внутреннем КЗ /4,стр.105/:
I2t=I2Km (I2*t) (27)
где I2*t =0,0065 для ctg(k) =0,89 находится по графику /4,стр.106, рис.1-129б/
I2t=(18181,8)20,0065 = 118,18 кА2с
Из полученных значений видим, что ударный ток и интеграл предельной нагрузки превышают параметры IУД и I2t выбранных тиристоров /см. табл. 3/. В этом случае необходимо применение токоограничивающих фазных реакторов.
Индуктивность токоограничивающих реакторов (L1, L2, L3 на схеме) /4,стр.132/:
(28)
где:
IД - допустимый ток вентиля;
IH - ток нагрузки;
U2Л - линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора;
- круговая частота сети.
По данному индуктивному сопротивлению из /8, стр. 304, табл. 8.31/ выбираем токоограничивающие реакторы РТСТ 820-0,0505 УЗ
Таблица 5. Электрические параметры токоограничивающего реактора РТСТ 820-0,0505 УЗ
|
Номинальный фазный ток |
820 А |
|
|
Допустимый фазный ток |
12330 А |
|
|
Индуктивность |
0,0505 мГн |
|
|
Активное сопротивление |
1,4 мОм |
Для достижения необходимого индуктивного сопротивления необходимо последовательное соединение трех реакторов в каждой фазе при этом суммарные индуктивность и активное сопротивление будут, соответственно, равны:
Lp=3Lp rp=3 rp (29)
Lp=30,0505=0,151 мГн rp=31,4=4,2 мОм
Амплитуда базового тока при внутреннем КЗ с учетом реактора /4,стр.106/:
(30)
где: LP - суммарная индуктивность реактора;
rP - суммарное активное сопротивление реактора.
Тогда А
Определим ctg(k) при наличии фазных реакторов /4,стр.106/:
(31)
Для определяем iуд*=1,2 по графику /4,стр.106, рис.1_129а/.
Ударный ток внутреннего КЗ с токоограничивающим реактором /согласно 26/:
IУД=1,29684=10329 А.
По графику /4,стр.106,рис.1_129б/ определяем значение I2*t=0,0079 кА2с
Интеграл предельной нагрузки при внутреннем КЗ с токоограничивающим реактором/согласно 27/:
I2t=(9684)20,0079=520,37 кА2с
Полученные значения ударного тока и интеграла предельной нагрузки соответствуют параметры IУД и I2t выбранных тиристоров /см. табл. 3/.
График мгновенных значений токов внутреннего КЗ представлен в Приложении 2.
Для защиты от внутренних КЗ последовательно с каждым вентилем включаем предохранитель. При этом предохранительная нагрузка защищённого преобразователя согласно /7, стр. 356/:
Idp=KпIH (32)
где К'п - коэффициент длительной перегрузки;
IН - ток нагрузки.
Для тока нагрузки 600 А /см. табл. 1/:
Idp=1,2600=720 А
Тогда средний ток через предохранитель в расчётном режиме определяется, как /7, стр.356/:
(33)
А
Действующее значение тока предохранителя /7, стр.356/:
(34)
А
А
Из /9, стр.26/ в качестве FU1-FU6 выбираем предохранители ПБВ-2-430.
Таблица 6. Электрические параметры предохранителей ПБВ-2-430
|
Номинальный ток, IПР |
430 А |
|
|
Интеграл полного отключения, WПР |
250 кА2с |
Условие защиты вентилей /1,стр.21/:
(35)
где n - число параллельных ветвей;
К - коэффициент неравномерности (при отсутствии параллельных ветвей К=1);
I2Bt=560,25 кА2с - защитный показатель вентиля.
- условие защиты вентилей выполняется.
2.5.2 Расчет токов внешнего короткого замыкания (КЗ)
Амплитуда базового тока с учётом реактора и ctg(k), как и для случая внутреннего КЗ равны соответственно:
IКm=9684 А, ctg(k)=0,28
Ударный ток внешнего короткого замыкания согласно /4, стр. 105/:
Iуд = IКm iуд* (36)
где iуд* - ударный ток в относительных единицах, значение которого берётся из кривой/5, стр.105, рис. 1-127 а/. Для ctg(k)=0,28 iуд*=0,95
Аварийный ток внутреннего КЗ.
Таблица 13. Мгновенные значения тока внутреннего короткого замыкания
|
00 |
300 |
600 |
900 |
1200 |
1500 |
2010 |
2400 |
2700 |
||
|
0 |
0,15 |
0,45 |
0,8 |
1,09 |
1,2 |
0,75 |
0,35 |
0 |
||
|
0 |
1452,6 |
4357,8 |
7747,2 |
10555,56 |
11620,8 |
7263 |
3389,4 |
0 |
Рис. 2. Мгновенные значения тока внутреннего короткого замыкания
Тогда ударный ток внешнего короткого замыкания /из 2.5.2.1/ равен:
Iуд =0,959684=8599,8 А
Интеграл предельной нагрузки при внешнем КЗ /4,стр.105/:
I2t=I2Km (I2*t) (37)
где I2*t =0,0062 для ctg(k) =0,28 находится по графику /4,стр.105, рис.1-129б/.
При данном I2*t интеграл предельной нагрузки при внешнем КЗ /из 37/ равен:
I2t= (9684)20,0062=551,43 кА2с
График мгновенных значений токов внешнего КЗ представлен в Приложении 3.
Для защиты от внешних КЗ, из /5, стр.146, табл.30.6/ выбираем автоматический выключатель А3140.
Таблица 7. Электрические параметры автоматического выключателя А3140
|
Номинальный ток, IН |
600 А |
|
|
Уставка срабатывания в зоне КЗ, IM |
3000 А |
|
|
Собственное время отключения автоматического выключателя, t1 |
0,025 c |
|
|
Время нарастания аварийного тока до тока уставки автоматического выключателя, t0 |
0,0046 c |
Интеграл полного отключения автоматического выключателя /7,стр.331/:
Wa=I2M(t0+t1) (38)
где t0 - время нарастания аварийного тока до тока уставки автоматического выключателя;
t1 - собственное время отключения автоматического выключателя.
Wa=30002(0,025+0,0046)=241 кА2с.
Условие защиты вентилей /1,стр.22/ Wa=241 < I2Bt=560,25 выполняется.
Условие селективности /1,стр.22/: Wa=241 < WПР=250 также выполняется.
График согласования защит преобразователя представлен в Приложении 4
2.5.3 Защита от коммутационных перенапряжений на тиристорах
Для защиты тиристоров проектируемого преобразователя от коммутационных перенапряжений необходимо параллельно каждому тиристору включить RC цепь.
Ёмкость конденсатора цепи согласно /7, стр. 357/:
(39)
где QОСТ - заряд обратного восстановления тиристора;
UР - рекомендуемое напряжение для выбранного тиристора, которое согласно /7, стр. 357/ определяется по формуле:
UР=0,8UОБР MAX (40)
где UОБР MAX - максимально допустимое напряжение тиристоров
UР=0,81500=1200 В.
Для выбранных тиристоров по /3, стр.413/ определяем QОСТ =1100 мкКл.
Тогда ёмкость конденсатора:
мкФ.
Активный ток внешнего КЗ.
Таблица 14. Мгновенные значения тока внешнего короткого замыкания.
|
0 |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
180 |
210 |
||
|
0 |
0,4 |
0,77 |
0,93 |
0,9 |
0,66 |
0,3 |
0 |
||
|
0 |
3873,6 |
7456,68 |
9006,12 |
8715,6 |
6391,44 |
2905,2 |
0 |
Рис. 3. Мгновенные значения тока внешнего короткого замыкания
Таблица 8. Электрические параметры конденсатора МБГП
|
Номинальное напряжение, UНОМ |
6301000 В |
|
|
Ёмкость, С |
4 мкФ 10% |
Величина сопротивления в первом приближении определяется из соотношения /7,стр.375/:
(41)
где - суммарное индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора и токоограничивающего реактора;
С - ёмкость конденсатора RC цепи
Гн
Величина резистора:
Ом
Мощность, рассеиваемая резистором /7, стр. 358/:
(42)
Подставив рассчитанные значения конденсатора и резистора, получим:
Вт
По полученным значениям из /10, стр. 116/ выбираем резистор С5-35В.
Таблица 9. Электрические параметры резистора С5-35В.
|
Мощность, Р |
4 Вт |
|
|
Сопротивление, R |
7 Ом 5% |
2.5.4 Расчет индуктивности для ограничения уравнительных токов.
При согласованном управлении вентильными группами индуктивность токоограничивающих реакторов определяется по формуле / 2, с. 133/:
(43)
амплитуда фазного напряжения, (В);
действующие значение уравнительного тока;
(А); / 2, с. 133/
коэффициент действующего значения уравнительного тока, определяется в зависимости от угла регулирования ;
; / 2, с. 133, рис. 1-158/
круговая частота питающей сети;
мГн
В схеме используются четыре уравнительных дросселя, магнитопроводы которых рассчитаны на уравнительные токи.
По справочнику / 11, с. 425/ выбираю дроссели типа Д177-0,0025-12,5, номинальной индуктивностью (Гн).
2.5.5 Расчет индуктивности для ограничения зоны прерывистых токов
Значение индуктивности, которую необходимо включить в цепь выпрямленного тока для получения гранично-непрерывного тока определяется по формуле / 2, с. 131 табл. 1-13/:
(44)
где :- величина тока нагрузки, при которой возникает прерывистый режим;
индуктивность фазного реактора;
линейное напряжение фазы,
угол регулирования;
Ток можно определить по формуле:
(45)
индуктивное сопротивление дросселя без ограничения прерывистого тока;
кратность пульсаций выпрямленного напряжения в схеме, ;
Принимая и р = 3 / 2, с. 85/ и подставляя /45/ в /44/ определяем:
Произведя необходимые сокращения получим:
Гн
Знак “ - ” показывает, что индуктивное сопративление фазы уже обеспечивает, при данном угле регулирования , непрерывный токовый режим, учитывая также, что нагрузкой является обмотка возбуждения (), поэтому включать в схему дополнительный дроссель не нужно.
2.5.6 Подключение преобразователя к сети
Для подключения проектируемого преобразователя к трёхфазной сети переменного тока необходимо использовать силовой выключатель.
Согласно заданию на проектирование /см. табл. 1/ напряжение первичной обмотки трансформатора U1=0,38 кВ. Из формулы /6/ ток первичной обмотки трансформатора I1= 295 А.
Из этих условий выбираем выключатель А 3720.
Таблица 12. Электрические параметры выключателя А 3720
|
Рабочее напряжение, U |
380 В |
|
|
Номинальный ток, I |
300 А |
|
|
Ток уставки Iус |
250 А |
|
|
Время срабатывания tср |
12 мс |
3. Расчет характеристик преобразователя.
3.1 Расчёт внешней характеристики преобразователя.
Так как нагрузкой преобразовательной установки является обмотка возбуждения двигателя, положим, что её индуктивность бесконечно велика, следовательно при работе преобразователя не будет возникать режима прерывистых токов.
3.1.1 Выпрямительный режим.
В управляемых выпрямителях внешняя характеристика описывается выражением [4,стр.83]:
(46)
где UН0 - выпрямленное напряжение при угле регулирования =0;
Согласно /2.4.5/ UH0 = 467,84 В.
U - падение напряжение в пределах угла коммутации вентилей;
Ra - падение напряжения на активном сопротивлении трансформатора;
Ua - падение напряжение в вентилях.
В полупроводниковых преобразователях средней и большой мощности, к которым относится проектируемая установка Ua мало, а URa<<U, поэтому ими можно пренебречь/4, стр. 83/.
С учётом этих условий выражение /46/ примет вид:
(47)
Так как внешние характеристики строятся в относительных единицах, то согласно /5,стр.83/:
(48)
где А - коэффициент, характеризующий кратность падения напряжения на стороне выпрямленного тока по отношению к UК%, из /5, стр.94, табл. 16-1/ для трёхфазной мостовой схемы выбираем А=0,9;
- относительный ток нагрузки, где IН.НОМ=600 А /см.табл.1/.
Тогда уравнение внешней характеристики в выпрямительном режиме будет иметь вид:
Наклон внешней характеристики определяется по формуле /5,стр.84/:
(49)
3.1.2 Инверторный режим
Внешняя характеристика инвертора описывается выражением /4,стр.90/:
(50)
учётом пренебрежения Ua и URa выражение (3.1.2.1) примет вид:
(51)
Характеристика инверторного режима в относительных единицах:
(52)
где А - коэффициент, характеризующий кратность падения напряжения на стороне выпрямленного тока по отношению к UК%, из /5,стр.94, табл. 16-1/ для трёхфазной схемы с выводом нулевой точки выбираем А=0,9;
В инверторном режиме коммутация должна заканчиваться таким образом, чтобы закрывающийся вентиль успел восстановить свои запирающие свойства. Иначе возникнет опрокидывание инвертора. Поэтому необходимо выполнение условия:
-> (53)
= 4,21 - угол коммутации тиристоров /см. 65/
где - угол восстановления запирающих свойств вентиля. Согласно /4, стр. 119/:
(54)
где tв - время обратного восстановления, из /3, стр. 414/ tв=78,6 мкс;
f - частота сети (50Гц).
Исходя из этого:
min > + = 0,025+17,71=17,735
Граница предельного тока /4, стр. 90/:
(55)
График семейства внешних характеристик преобразователя представлен в Приложении 5.
3.2 Расчёт регулировочной характеристики преобразователя
Регулировочная характеристика управляемых преобразователей, представляет зависимость выпрямленного напряжения от величины угла регулирования. Для мостовых схем при непрерывном токе нагрузки регулировочная характеристика рассчитывается по формуле /5, стр. 82/:
Uн = Uно cos (56)
В относительных единицах:
(57)
где UН0 - выпрямленное напряжение при угле регулирования =0;
Согласно /21/ UH0=467,84 В.
График регулировочной характеристики преобразователя представлен в Приложении 6.
3.3 Расчёт энергетических показателей преобразователя
3.3.1 Расчёт коэффициента полезного действия установки (КПД)
КПД установки из /1, c.30/ равен:
(58)
где Pн = 368 кВт - мощность, передаваемая в нагрузку /см. 1/.
P = Pв + Pтр + Pд + Pвсп - суммарная мощность потерь выпрямителя /1, cтр.30/.
Потери в вентилях Pв согласно /7, cтр.164/:
Pв = m Uв Iв ср (59)
где m = 3 - число пульсаций для схемы выпрямления с выводом нулевой точки;
Uв = (0,6 1,5)В - потери напряжения на вентиле /1, cтр.30/.
Iв ср.= 198 А - средний ток вентиля /см. 7/.
Pв = 3 1,5 198 = 891 Вт
Суммарные потери в трансформаторе Pтр /7, стр. 163/:
Pтр = Pкз + Pхх (60)
Pкз = 1300 Вт - потери к.з. трансформатора /см. табл. 2/.
Pхх = 5400 Вт - потери х.х. трансформатора /см. табл. 2/.
Pтр = 1300 +5400 = 6700 Вт
Внешняя характеристика преобразователя
Рис. 5 Семейство внешних характеристик преобразователя
Таблица 15. Мгновенные значения семейства внешних характеристик преобразователя
|
I*н |
0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2 |
2,2 |
|
|
1=0o |
1 |
0,99 |
0,98 |
0,97 |
0,96 |
0,95 |
0,94 |
0,93 |
0,92 |
0,91 |
0,90 |
0,89 |
|
|
2=10,5o |
0,98 |
0,97 |
0,96 |
0,95 |
0,94 |
0,93 |
0,92 |
0,91 |
0,90 |
0,89 |
0,88 |
0,87 |
|
|
3=37o |
0,79 |
0,78 |
0,77 |
0,76 |
0,75 |
0,74 |
0,73 |
0,72 |
0,71 |
0,70 |
0,69 |
0,68 |
|
|
4=53o |
0,60 |
0,59 |
0,58 |
0,57 |
0,56 |
0,55 |
0,54 |
0,53 |
0,52 |
0,51 |
0,50 |
0,49 |
|
|
5=66o |
0,40 |
0,39 |
0,38 |
0,377 |
0,36 |
0,35 |
0,34 |
0,33 |
0,32 |
0,31 |
0,30 |
0,297 |
|
|
6=79o |
0,19 |
0,14 |
0,14 |
0,15 |
0,16 |
0,17 |
0,18 |
0,19 |
0,20 |
0,21 |
0,22 |
0,19 |
|
|
1=90o |
0 |
-0,009 |
-0,01 |
-0,02 |
-0,03 |
-0,04 |
-0,05 |
-0,06 |
-0,07 |
-0,08 |
-0,09 |
-0,10 |
|
|
2=78o |
-0,20 |
-0,21 |
-0,22 |
-0,23 |
-0,24 |
-0,25 |
-0,26 |
-0,27 |
-0,28 |
-0,29 |
-0,30 |
-0,31 |
|
|
3=66o |
-0,40 |
-0,41 |
-0,42 |
-0,43 |
-0,44 |
-0,45 |
-0,46 |
-0,47 |
-0,48 |
-0,49 |
-0,50 |
-0,51 |
|
|
4=53o |
-0,60 |
-0,61 |
-0,62 |
-0,63 |
-0,64 |
-0,65 |
-0,66 |
-0,67 |
-0,68 |
-0,69 |
-0,70 |
-0,710 |
|
|
5=37o |
-0,79 |
-0,80 |
-0,81 |
-0,82 |
-0,83 |
-0,84 |
-0,85 |
-0,86 |
-0,87 |
-0,88 |
-0,89 |
-0,907 |
|
|
6=10,5o |
-0,98 |
-0,99 |
-1,0 |
-1,01 |
-1,0 |
-1,03 |
-1,04 |
-1,05 |
-1,06 |
-1,07 |
-1,08 |
-1,092 |
Регулировочная характеристика преобразователя
Рис. 6 Регулировочная характеристика преобразователя
Таблица 16. Мгновенные значения регулировочной характеристики преобразователя
|
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
||
|
Ud/ Udo |
1 |
0,98 |
0,94 |
0,87 |
0,77 |
0,64 |
0,5 |
0,34 |
0,17 |
|
100 |
110 |
120 |
130 |
140 |
150 |
160 |
170 |
162,29 |
||
|
0 |
-0,17 |
-0,34 |
-0,5 |
-0,64 |
-0,77 |
-0,87 |
-0,94 |
-0,98 |
-0,952 |
Потери во вспомогательных установках PВСП, принимаются равными (0,5 3)% от мощности нагрузки /1, cтр.30/:
Pвсп=0.005РН (61)
PВСП=0.005368000=1930 Вт.
Потери на токоограничивающих реакторах Pд согласно /7, стр. 164/:
PДР=3I22rP (62)
где I2=349,8А -фазный ток вторичной обмотки трансформатора /см. 2.1.3/;
rP=4,2 мОм -активное сопротивление токоограничивающего реактора /см. 2.5.1.8/;
PДР=3349,824,210-3=1541,7 Вт.
Таким образом, суммарная мощность потерь выпрямителя:
P = 891 + 6700 + 1930 + 1542 = 11063 Вт.
Следовательно, КПД установки из /58/:
3.3.2 Расчёт коэффициента мощности установки.
Коэффициент мощности согласно /7, cтр.161/:
= cos (63)
где - угол сдвига первой гармоники тока по отношению к напряжению;
= 0,955 - коэффициент искажения трёхфазной схемы с выводом нуля /1, стр. 30/.
Для трёхфазной схемы выпрямления с выводом нуля, согласно/1, стр. 29/:
(64)
где = 10,5- номинальный угол регулирования /см . 20/.
- угол коммутации, который согласно /3, стр. 119/ равен:
(65)
где Ха -суммарное индуктивное сопротивление обмотки трансформатора и токоограничивающего реактора.
Зная угол коммутации, определим cos :
Коэффициент мощности установки равен:
= cos = 0,955 0,97 = 0,92
Заключение
Спроектированный преобразователь выполнен по трёхфазной мостовой схеме.
Преобразователь понижает переменное напряжение сети и преобразует его в постоянное, заданного значения. Конструкция преобразователя удовлетворяет требованиям задания на проектирование: схема преобразователя выдерживает технологические перегрузки, сохраняя рабочее состояние, что достигается выбором элементов, рассчитанных на большие рабочие значения напряжений и токов по сравнению с действующими в схеме. В ней также предусмотрены защиты: от внутренних коротких замыканий - предохранителями, от внешних коротких замыканий - автоматическим выключателем, от коммутационных перенапряжений - RC цепями. Нагрузка защищена от перенапряжений нулевыми тиристором.
Преобразователь обеспечивает высокий КПД - 92%, что позволяет оптимально использовать потребляемую из сети энергию и хороший коэффициент мощности - 0,72. Ещё большее увеличение этих параметров затруднительно, в связи с трудностью выбора трансформатора с более оптимальными параметрами по сравнению с применяемым в схеме.
Преобразователь рассчитан для работы на индуктивную нагрузку.
Литература
1. Методическое пособие по выполнению курсовой работы. /Сост. Цинкер Э.Б. Новокузнецк. СибГГМА. 1995.
2. Руденко В.С. и др. Основы преобразовательной техники. М.: Высшая школа, 1980.
3. Замятин В.Я. и др. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник. М.: Радио и связь, 1988.
4. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами. /Под ред. В.И.Круповича. М.: Энергоиздат, 1982.
5. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. /Под ред. А.А.Федорова. М.: Энергоатомиздат, 1987.
6. Глух Е.М., Зеленов В.Е. Защита полупроводниковых преобразователей. М.: Энергоиздат, 1982.
7. Полупроводниковые выпрямители. /Под ред. Ковалева Ф.И. М.: Энергия, 1978.
8. Комплектные тиристорные элктроприводы: Справочник / Под ред. В.М. Перельмутера. М.: Энергоатомиздат, 1988.
9. Голдобенков А. А. Аппараты низкого напряжения: предохранители. М.: Цинтиэлектропром, 1993.
10. Справочник: Конденсаторы. /Под ред. И.И. Четвертакова и Дьяконова. М.: Радио и связь, 1978.
11. Справочник: Конденсаторы. /Под ред. В.В.Дубовского и Д.М. Иванова. М.: Радио и связь, 1987.
12. Приложение по техническим данным вентилей.
13. Голубев Ф.И., Кепперман В.Г. Примеры расчетов автоматизированного электропривода. Л: Энергия, 1971.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Выбор элементов и силовой схемы тиристорного преобразователя. Расчет силового трансформатора, токоограничивающего реактора, дросселей. Автоматические выключатели и защита от перенапряжений. Энергетические характеристики тиристорных преобразователей.
курсовая работа [326,4 K], добавлен 24.09.2014Выбор электродвигателя и расчет электромеханических характеристик. Расчет мощности и выбор силового трансформатора и вентилей преобразователя. Определение индуктивности уравнительных и сглаживающих реакторов. Определение параметров привода и построение.
контрольная работа [4,3 M], добавлен 06.02.2016Выбор электродвигателя и расчет электромеханических характеристик. Вычисление мощности силового трансформатора и вентилей преобразователя. Определение индуктивности уравнительных и сглаживающих реакторов. Статические особенности управляемого выпрямителя.
курсовая работа [331,7 K], добавлен 10.02.2014Система электроснабжения металлургических предприятий. Основное оборудование на подстанции. Характеристика работающего электрооборудования. Расчет токов короткого замыкания в сети. Расчет и выбор коммутационных аппаратов и силового трансформатора.
курсовая работа [615,8 K], добавлен 08.05.2013Характеристика проектируемого цеха и потребителей электроэнергии. Выбор электродвигателей, их коммутационных и защитных аппаратов. Определение электрических нагрузок. Выбор схемы и расчет внутрицеховой электрической сети. Релейная защита и автоматика.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 16.04.2012Выбор силовой схемы РТП. Расчеты и выбор элементов силовой схемы: трансформатора, тиристоров, уравнительных реакторов, сглаживающих дросселей, силовой коммутационно-защитной аппаратуры. Структура и основные узлы системы импульсно-фазового управления.
курсовая работа [975,9 K], добавлен 21.04.2011Выбор необходимого объёма релейной защиты и автоматики. Расчет токов короткого замыкания. Расчет параметров схемы замещения сети. Проверка трансформатора тока. Газовая защита трансформатора. Расчет релейной защиты трансформатора собственных нужд.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 13.02.2014Выбор типа турбогенератора, обоснование вариантов структурной схемы электростанции. Выбор способа синхронизации генераторов и сети. Расчет релейной защиты элемента схемы станции. Защита от замыканий на землю в обмотках статора генератора и трансформатора.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 22.10.2015Этапы разработки полупроводникового преобразователя, работающего в выпрямительном и инверторном режиме. Выбор и обоснование схемы соединения вентилей. Основные соотношения, характеризующие трёхфазную мостовую схему трансформатора. Расчёт ударного тока.
курсовая работа [325,0 K], добавлен 08.01.2011Расчёт трехфазного управляемого выпрямителя, преобразующего входное напряжение до необходимой выходной величины с заданным коэффициентом пульсаций и величиной выходного тока, за счёт использования трансформатора напряжения. Работы схемы управления.
курсовая работа [736,4 K], добавлен 16.07.2009
