Трехфазный управляемый выпрямитель

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Наименование института: Электротехнический

Наименование выпускающей кафедры: электропривод и электрооборудование

Направление учебной дисциплины: силовые преобразователи электрической энергии

 

 

 

 

 

 

 

ТРЕХФАЗНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

 

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

«Силовые преобразователи электрической энергии»

ФЮРА .000000.000.ПЗ

 

 

 

 

 

 

Студент группы 7А44                                           ___________   Гусейнов Р.А.

                                                                                           подпись

                                                                                    ___________

                                                                                             дата

 

Руководители

__преподаватель   ___                                              ___________ Петрович В.П.

   должность, ученая степень                                                            подпись

 

 

 

 

 

 

 

Томск – 2007

 

Содержание

 

Техническое задание………………………………………………………. Содержание………………………………………………………………… Введение……………………………………………………………………. 1 Выбор силовых вентилей …………………...…………………………... 2 Определение параметров силового трансформатора ………………… 2.1 Расчет параметров трансформатора …………………………………. 2.2 Конструктивный расчет трансформатора …………………………… 2.3 Определение марки провода  обмотки трансформатора…………….. 2.4 Расчет обмоток трансформатора……………………………………… 3 Расчет сглаживающего фильтра………………………………………… 4 Расчет внешних характеристик…………………………………………. 5 Расчет регулировочных  характеристик………………………………… 6 Разработка структурной схемы системы управления и защиты …….. Заключение………………………………………………………………… Список используемых источников………………………………………..

2 3 4 6 7 7 8 9 10 12 15 16 18 23 24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В настоящее время основное количество электрической энергии, вырабатываемой во всем мире, производится генераторами переменного тока. В дальнейшем значительная часть этой энергии преобразуется в энергию постоянного тока. Эти вопросы и целый ряд других инженерных задач во многих областях электротехники позволяют решать силовые преобразователи электрической энергии.

Современная классификационная схема подразделяет силовые преобразователи на следующие группы:

1. выпрямители, преобразующие энергию переменного тока в энергию постоянного тока;
2. инверторы, преобразующие энергию постоянного тока в энергию переменного тока;
3. преобразователи переменного тока, преобразующие энергию      переменного тока одних параметров в энергию переменного тока других параметров;
4. преобразователи энергии постоянного тока одного напряжения в энергию постоянного тока другого напряжения.

Существенной особенностью трехфазной нулевой схемы выпрямителя является то, что намагничивающие силы от постоянных составляющих анодных токов в каждой фазе обусловливают постоянное подмагничивание магнитной системы силового трансформатора, что необходимо учитывать при его проектировании. Для устранения этого явления вторичные обмотки трансформатора можно соединить в зигзаг (рисунок 1), разбивая каждую из них на две секции. При этом намагничивающие силы от постоянных составляющих анодных токов в каждой фазе взаимно компенсируются верхней и нижней секциями вторичных обмоток, и магнитная система трансформатора будет уравновешена. Но соединения в зигзаг требуют несколько большей расчетной мощности трансформатора.

Рисунок 1 – Трехфазный нулевой выпрямитель и диаграммы, поясняющие принцип работы

 

Из-за наличия индуктивных сопротивлений рассеяния обмоток силового трансформатора Xа, анодный ток вентилей не может измениться мгновенно, в результате чего вентиль, выходящий из работы в точке естественной коммутации, мгновенно закрыться не может и вместе с вентилем, вступившим в работу, образуют коммутационный контур.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Выбор силовых вентилей

 

Среднее значение тока через вентиль при полной нагрузке

,

где

А

Тогда

А

А

Максимальное значение обратного напряжения на вентилях определяется ориентировочно:

B

В

При выборе вентилей предпочтение следует отдать полупроводниковым управляемым выпрямителям.

По расчетным значениям тока и напряжения выбираем ТС112-16, который имеет следующие параметры:

Номинальный ток при естественном охлаждении 16А;

Падение напряжения (среднее за период) ∆Ua=1,85В.

В этом случае коэффициент загрузки

 

2 Определение параметров  силового трансформатора

 

Трехфазные преобразовательные трансформаторы являются специализированными устройствами, предназначенными для питания тиристорных преобразователей систем электропривода постоянного тока с трехфазной схемой выпрямления и имеют согласованные параметры и перегрузочную способность.

Трансформаторы выбираются по необходимой номинальной мощности и напряжению первичной обмотки по справочным данным на типовые трансформаторы. При определении номинальной мощности трансформатора необходимо учесть все потери, возникающие в выпрямителе.

 

2.1 Расчет параметров  трансформатора

 

Номинальное значение фазного напряжения

В

Номинальное значение тока вторичной обмотки

 А

Коэффициент трансформации

Ток первичной обмотки

А

Типовая мощность трансформатора

кВА

Рассчитанный трансформатор имеет следующие параметры, таблица 1:

 

 

Таблица 1

Тип	U1л	U2л	U2ф	I2ф	Udн	Idн	ΔРкз	Uкз,
	В	В	В	А	В	А	Вт	%
ТСП-16	380	205	118	15,7	230	50	320	4,7

 

 

2.2 Конструктивный расчет трансформатора

 

Магнитная система трансформатора собирается из пакетов пластин тонколистовой электротехнической стали толщиной 0,35 мм. Стержни и ярма шихтованной магнитной системы должны быть стянуты и скреплены так, чтобы остов представлял собой достаточно жесткую конструкцию как механическая основа трансформатора. Стяжка и крепление остова должны обеспечивать его достаточную механическую прочность после расшихтовки верхнего ярма после насадки обмоток, при подъеме активной части трансформатора и при коротком замыкании на его обмотках. Прессовка стержня для трансформатора мощностью до 10 кВА осуществляется расклиниванием с обмоткой. Материалом для магнитной системы трансформатора служит холоднокатная кремнистая электротехническая сталь марки Э330.

Сечение сердечника рассчитаем по следующей формуле

,

где Р`m – мощность одной фазы трансформатора;

 кВА

      β – величина, определяющая соотношение  между  диаметром и высотой обмотки, принимаем β=1,2;

      ар – ширина канала рассеяния;

см

      kр – коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному (коэффициент Роговского), принимаем kр=0,95;

      Вс – индукция в стержне трансформатора, принимаем Вс=1,3 Т;

kс – общий коэффициент заполнения.

Тогда

см

Средний диаметр обмоток

см

Высота обмотки

см

Высота стержня

см

Активное сечение стержня

см2

 

2.3 Определение марки провода обмотки трансформатора

 

В качестве провода для обмоток сухого трансформатора используем провод марки ПСД – провод с изоляцией из бесщелочного стекловолокна, наложенного двумя слоями с подклейкой и пропиткой нагревостойким лаком, класса нагревостойкости F (1550С). Сечение провода от 0,38 до 5,2 мм. Одним из важнейших требований, предъявляемых к обмоточному проводу, является требование определенного удельного электрического сопротивления. Для всех круглых медных проводов, согласно стандартам, это сопротивление при 200С для отрезка проволоки длиной 1м с сечением 1мм2 должно быть не более 0,01724 Ом.

 

2.4 Расчет обмоток трансформатора

 

Расчет обмоток трансформатора, как правило, начинается с обмотки низшего напряжения НН, расположенной между стержнем и обмоткой высшего напряжения ВН.

Число витков на одну фазу обмотки НН определяется по формуле

витков

ЭДС одного витка

В

Средняя плотность тока в обмотках

А/мм2,

где kд – коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотках, потери в отводах и т.д., принимаем kд=0,97.

Сечение витка предварительно

 мм2

Выбираем провод

Тогда полное сечение витка

мм2

Плотность тока

 А/мм2

Расчет обмотки ВН

Расчет начинаем с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения. Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле

витков.

Число витков на одной ступени регулирования

,

где

В

Принимаем wp=37 витков.

Общее число витков обмотки ВН

витков

Ориентировочная плотность тока

 А/мм2

Ориентировочное сечение витка

 мм2

Выбираем провод

Тогда полное сечение витка

мм2

Плотность тока

А/мм2

 

 

 

3 Расчет сглаживающего  фильтра

 

Не каждая нагрузка может работать с пульсирующим питанием. Поэтому необходимо сгладить ток в нагрузке. С этой целью в цепь нагрузки включают сглаживающий фильтр,который позволяет ограничить величину переменных составляющих и тем самым улучшить использование двигателя, его коммутацию и электромеханические характеристики, однако одновременно вызывает увеличение габаритов и веса привода, его стоимости и ухудшение динамических свойств.

Индуктивное сопротивление трансформатора

 Ом

Определяем угол коммутаций γ, соответствующий α=00:

Определяем угол регулирования

где

В

Определяем угол коммутации

Определяем коэффициент пульсаций

,

где

Определяем коэффициент сглаживания

Число звеньев фильтра n=1

Выбираем LC – фильтр.

Параметры LC – фильтра

мкФ·Гн

Минимальное значение индуктивности дросселя