Статический преобразователь средней мощности (стр. 4 из 4)
С учетом уменьшения сечения трубы в местах стыков, пайки и.т.д. Dp увеличено в 1,5 раза.
Получено: Dp=1695 кН/м2
6. Электромагнитный расчет трансформатора
Трансформаторы для преобразовательных установок, как правило, работают в длительных режимах. В связи с этим для них необходимо тщательно выбирать конструктивные и технологические решения для создания магнитопроводов с минимальными потерями. В большинстве случаев трехфазные магнитопроводы трансформаторов выполняют стержневой конструкции, несимметричными, плоско шихтованными. Для питания аппаратуры от сети 50 Гц широко применяются трансформаторы броневого и стержневого типа. По технико-экономическим показателям предпочтительны трансформаторы стержневого типа, выполненные на стандартных магнитопроводах оптимальной формы. Броневая конструкция практически равноценна стержневой по массе, но уступает по объему и стоимости. При расчёте трансформатора используется методика из [6].
6.1 Действующее значение линейного тока вентильной обмотки:
(6.1)где Id= 100 А – ток нагрузки.
6.2 Действующие значения фазных напряжений холостого хода вентильной и сетевой обмоток U2ф и U1ф соответственно:
(6.2) 
(6.3)где Ed = 301,538 B - выпрямленное напряжение холостого хода выпрямителя; Uпит.лин. = 380 В - напряжение питания.
6.3 Коэффициент трансформации:
(6.4).6.4 Действующее значение линейного тока сетевой обмотки:
(6.5).6.5 В большинстве случаев трехфазные магнитопроводы трансформаторов выполняют стержневой конструкции, несимметричными, плоскошихтованными. Выбираем диаметр стержня магнитопровода трансформатора с воздушным охлаждением для SТ = 30 кВ×А [6, таб.3.2], Dс = 125 мм. Для Dс = 120 мм, согласно [6, таб.2.1], сечение стержня П1=112,3 cм2, сечение ярма П2 = 115,3 см2, коэффициент использования площади круга kи = 0,914.
6.6 Активное сечение стержня магнитопровода:
м2 (6.7)где КЗ = 0,96 – коэффициент заполнения сечения сталью при жаростойком электроизоляционном покрытии с толщиной листов, равной 0,3 мм.
6.7 Число витков вторичной (вентильной) обмотки трансформатора:
витков (6.8)где В = 1,2 Тл – электромагнитная индукция в трансформаторе с естественным воздушным охлаждением с классом нагревостойкости изоляции В; fC = 50 Гц – частота питающей сети; qС = 0,01 м2 - активное сечение стержня магнитопровода.
6.8 Число витков первичной обмотки:
w1 = n×w2 = 1,7 × 48 = 81,72 » 82 витка (6.9)
6.10Сечение провода первичной обмотки:
мм2 (6.10)где j =2 А/мм2 – плотность тока в обмотках с классом нагревостойкости изоляции В для медного провода.
6.11 Сечение провода вторичной обмотки:
мм2 (6.11)7. Выбор устройств защиты от аварийных токов и перенапряжений
Для обеспечения надежной работы преобразователя необходимо использовать быстродействующие системы защиты. Защита может быть построена на базе коммутационных аппаратов и плавких предохранителей, а также выравнивающих RCD – цепочек.
7.1 Выбор автоматического выключателя
При возникновении аварийного тока на входе преобразователя можно использовать токоограничивающие выключатели переменного тока. В рассчитываемом преобразователе на стороне сетевой обмотки применяем автоматический выключатель переменного тока серии А3712Б, характеристики которого, согласно [7] приведены в таблице 6.1.
Таблица 7.1
Справочные данные автоматического выключателя переменного тока серии А3722Б.
| Значение | |
| Частота сети, Гц | 50 |
| Номинальное напряжение выключателя, В | 380 |
| Номинальный ток выключателей, А | 250 |
| Номинальный ток электромагнитных расцепителей, А | 250 |
| Уставка по току срабатывания, А | 1600 |
| Механическая износостойкость выключателей, кол-во срабатываний | 16000 |
Автоматический выключатель серии А3712Б применяется для защиты электрических установок при коротких замыканиях, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения; род тока – переменный; тип выключателя – токоограничивающий трехполюсный.
7.2 Выбор плавких предохранителей
Защита на базе плавких предохранителей применяется для предотвращения протекания токов КЗ через тиристоры. Выбираем предохранитель ПП57-3417 для защиты тиристоров: номинальный ток плавкой вставки Iном=150 А при Uном=380 В; при этом номинальные потери мощности плавкой вставки Wном = 60 Вт.
Для защиты нагрузки выбираем предохранитель ПП57-3737: номинальный ток плавкой вставки Iном=250 А при Uном=380 В; при этом номинальные потери мощности плавкой вставки Wном = 120 Вт.
7.3 Расчет параметров выравнивающих RCD - цепочек
Конденсаторы эффективно выравнивают напряжения на тиристорах в переходных режимах, но вместе с тем увеличивают ток в открытом состоянии на интервале отпирания. Эти токи можно ограничить демпфирующими резисторами, включенными последовательно с конденсаторами, сопротивление которых выбирается порядка нескольких десятков Ом. Для ограничения скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии, при которой может самопроизвольно включиться тиристор, параллельно демпфирующим резисторам включаются диоды, которые должны иметь как можно меньшее время восстановления запирающих свойств в обратном направлении.
Сопротивление демпфирующего резистора принимаем равным 20 Ом. Выбираем резистор: С1 - 8 - 1 - 20 - ±5%.
Емкость конденсаторов:
, (7.3)где DQrr - наибольшая возможная разность зарядов восстановления последовательно включенных приборов, принимаем равной половине заряда восстановления применяемых тиристоров :
DQrr=
700 мкКл = 350 мкКл.Параметры URSM , URM, DQrr, IRM взяты из справочника [ 3 ] для тиристора типа ТБ113 - 200.
Принимаем: С=0,47 мкФ
Выбираем: К40У-9 – 400 В - 0,47 мкФ - ±20%.
Выбираем диод по напряжению и току : КД105 Б.
8. Описание работы схемы управления
Для коммутации тиристоров в преобразователе используется система управления, которая может быть одноканальной (в которой все тиристоры управляются одноканальным сигналом со сдвигом на 60 градусов), так и многоканальной - с раздельно управляемыми тиристорами. Рассматривается работа вертикальной синхронной системы управления со стабилизацией напряжения (рис.8.1 , рис. 8.2).
Напряжение с нагрузки Udчерез датчик Д поступает на элемент сравнения. Также на вход элемента сравнения подаётся напряжение Uз с задатчика интенсивности ЗИ. Разница напряжений (Uз-Uос) поступает на усилитель У и усиленное напряжение управления Uу идёт на компаратор К. На другой вход компаратора подаётся опорное напряжение Uоп с генератора пилообразного напряжения ГПН, управляемого устройством синхронизации УС, подключенного к линиям сетевого напряжения Uс. Пока опорное напряжение больше напряжения управления на выходе компаратора присутствует отрицательное выходное напряжение Uвых-. По достижению равенства входных напряжений компаратора он опрокидывается и на формирователе импульсов Ф оказывается положительное напряжение Uвых+.
Этот перепад вызывает появление короткого управляющего импульса напряжения на выходе формирователя импульсов Ф, в дальнейшем усиливаемого усилителем импульсов УИ и подаваемого на систему распределения управляющих импульсов для тиристоров. В случае повышения выходного напряжения Ud управляющее напряжение Uу становится меньше, что вызывает увеличение угла управления aном на величину Da. Следовательно, произойдёт более позднее открывание тиристоров и снижение напряжения на нагрузке до номинального. Если возникает необходимость изменения выходного напряжения, это можно сделать путём изменения напряжения задатчика интенсивности Uз.
Временные диаграммы схемы управления.
Рис.8.1
Структурная схема системы управления.
Рис.8.2.
Заключение
В результате проведённого расчёта, разработан статический преобразователь средней мощности. Содержащий понижающий трёхфазный трансформатор типовой мощностью 30 кВт, тиристоры типа Т113-200. Для снижения пульсаций выходного напряжения до требуемого уровня применён Г - образный фильтр, содержащий батарею, состоящую из десяти конденсаторов типа К50-18-1000 мкФ-50В-20%+50%, и дроссель с системой водяного охлаждения, числом витков равным 30 и величиной потерь в меди порядка 0,4 кВт. Для защиты сетевой обмотки понижающего трансформатора в случае возникновения аварийного тока выбран автоматический выключатель переменного тока серии А3716Б. В анодной цепи каждого тиристора для предотвращения протекания токов короткого замыкания установлены плавкие предохранители типа ПП57-3937, в цепи нагрузки - предохранитель типа ПП57-4038.
Список литературы
1. Справочник по преобразовательной технике / Под ред. И.М. Чиженко. – Киев: Техника, 1978. 430 с.
2. Тугов Н.М. и др. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1990. 576 с.
3. Замятин В.Я. и др. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник. – М.: Радио и связь, 1987. 576 с.
4. Бар В.И. Проектирование ведомых сетью статических преобразователей средней и большой мощности: Учебное пособие. - Тольятти: ТолПИ, 1994.
5. Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник / Под ред. Г.С. Кучинского. – М.: Энергоатомиздат, 1987. 656 с.
6. Фишлер Я.Л. и др. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок. М.: Энергоатомиздат, 1989. 320 с.
7. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник/ Под ред. В.М. Перельмутера. – М.: Энергоатомиздат, 1988. 319 с.
8. Разработка тиристорного ключа: Методические указания к курсовой работе / Чернявский Н.И. - Тольятти: ТолПИ, 1995.
9. Намитоков К.К., Ильина Н.А., Шкловский И.Г. Аппараты для защиты полупроводниковых устройств. – М.: Энергоатомиздат, 1988. 980 с.