Расчет управляемого выпрямителя (стр. 1 из 8)
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Преобразовательная техника»
Тема: Управляемый выпрямитель
Содержание
Введение
Исходные данные
1. Подготовка и анализ исходной информации
1.1. Условия охлаждения преобразователя
1.2. Расчетный ток нагрузки
1.3. Параметры цепи нагрузки
2. Выбор согласующего трансформатора или только ограничительного реактора
2.1. Выбор вида связи выпрямителя с сетью
2.2. Выбор и проверка согласующего трансформатора
3. Расчёт регулировочной характеристики
4. Выбор и расчет сглаживающего реактора. Внешние характеристики управляемого выпрямителя
4.1. Необходимая индуктивность нагрузки
4.2. Построение внешних характеристик управляемого выпрямителя
5. Расчет рабочих и аварийных режимов работы
5.1. Рабочий режим работы преобразователя
5.2. Аварийный режим работы преобразователя
6. Выбор и проверка вентилей силового преобразователя
6.1. Предварительный выбор и расчет диодов и тиристоров
6.2. Проверка фазных полупроводниковых приборов
6.3. Расчет допустимых рабочих перегрузок преобразователя по току
7. Выбор аппаратов и элементов защиты выпрямителя
7.1. Защита от аварийных перегрузок автоматическими выключателями
7.2. Защита плавкими предохранителями
7.3. Защита вентилей от перенапряжений
7.4. Защита вентилей при большой скорости нарастания прямого тока
8. Энергетические характеристики преобразователя
8.1. Коэффициент полезного действия
8.2. Коэффициент мощности
9. Разработка системы управления преобразователем
9.1. Определение параметров управляющих импульсов и схемы замещения
9.2 Разработка электрической схемы СИФУ
Заключение
Приложение
Литература
Введение
Преобразование переменного тока в постоянный является в настоящее время наиболее распространенным видом преобразования электрической энергии. Полупроводниковые управляемые выпрямители нашли широкое применение в различных отраслях промышленности: на железнодорожном транспорте, питания процессов электролиза в цветной металлургии и химической промышленности, в системах возбуждения крупных электрических генераторов, для питания систем электропривода постоянного тока различного назначения и мощности, на тяговых подстанциях и магистральных электровозах и т.д.
При всем разнообразии схем и нагрузок методика расчета данного класса преобразователей одинакова и может быть сведена к расчету и выбору элементов одного комплекта управляемого выпрямителя.
Исходные данные
Управляемый выпрямитель, питающийся от сети переменного тока с линейным напряжением 380В (фазное – 220В), работает на электродвигатель постоянного тока. Возможное понижение напряжения в сети составляет 10%. Выпрямитель обеспечивает регулирование напряжения на нагрузке в диапазоне (1,0 – 0,1) UН и работает в режиме непрерывных токов при снижении тока нагрузки до 0,15 IН .
1. Схема выпрямления – трехфазная мостовая симметричная
2. Тип двигателя – П-72
3. Номинальная мощность электродвигателя РН = 14,0 кВт
4. Номинальное напряжение электродвигателя UН = 220 В
5. Номинальный ток электродвигателя IН = 79,6 А
6. Номинальная частота вращения электродвигателя NН = 1000 об/мин
Рис.1. Расчетная схема выпрямителя
1. Подготовка и анализ исходной информации
1.1 Условия охлаждения преобразователя
Температура полупроводниковой структуры прибора определяется мощностью, рассеиваемой в структуре, тепловыми сопротивлениями элементов конструкции прибора и условиями его охлаждения.
Наибольшее распространение получило воздушное охлаждение (естественное и принудительное) как наиболее простое в реализации. Естественное воздушное охлаждение повышает надежность функционирования преобразовательной установки и является предпочтительным до токов нагрузки IdH = 800…1000 A.
При больших нагрузках необходимо использовать принудительное воздушное охлаждение, чтобы повысить нагрузочную способность полупроводниковых приборов и избежать их группового (параллельного) соединения в плече преобразовательной установки. Целесообразно скорость охлаждающей среды принимать равной при естественном охлаждении VС = 0 м/с, при принудительном воздушном VС = 6 м/с (экономичный режим). При более высоких скоростях нагрузочная способность полупроводниковых приборов увеличивается незначительно, а мощность двигателя охлаждающих устройств возрастает существенно.
Температура охлаждающей среды ТС определяется климатической зоной и условиями работы преобразователя. Для учебного проектирования можно принять ТС = 25…40 °С.
Для того чтобы при выборе полупроводниковых приборов иметь возможность воспользоваться данными по их максимальным допустимым токам, приведенным в информационных материалах, необходимо все возможные при эксплуатации режимы привести к нормализованному с неизменным рабочим током. Для этого используется график нагрузки преобразователя на расчетном интервале tp , в течение которого наступает установившийся тепловой режим прибора. Можно принять при естественном воздушном охлаждении tp = 2000 с, при принудительном воздушном охлаждении со скоростью движения среды VC = 6 м/с tp = 1000 с, при VC = 2 м/с или принудительном водяном охлаждении tp = 600 с.
При отсутствии графика в качестве расчетного можно принять номинальный ток нагрузки: Id = IdH. [Л. 9]
Исходя их условия Id = IdH = 79,6 А << IdH = 800…1000 А, выбираем для заданного выпрямителя естественное воздушное охлаждение.
1.2 Расчетный ток нагрузки
В качестве расчетного можно принять номинальный ток нагрузки: Id = IdH. Id = IdH = 79,6 А [Л. 9]
1.3 Параметры цепи нагрузки
Для двигателя постоянного тока активное сопротивление его якорной цепи RЯЦ, состоящее из сопротивлений обмоток якоря RЯ, дополнительных полюсов RДП и компенсационной RК, может быть вычислено по приближенной формуле:
RЯЦ= RЯ + RДП + RК = 0.6(UНIН – РН)/ IН2, где (1.1)
UН, IН , РН - соответственно номинальные напряжение, ток, мощность электродвигателя постоянного тока.
RЯЦ = 0.6(220 × 79, 6 – 14000) / 79, 62 = 0,333 (Ом).
Собственная индуктивность якоря двигателя определяется по формуле Лиумвиля-Уманского:
, где (1.2)КL – конструктивный коэффициент (для нормальных некомпенсированных машин КL = 8 - 10, возьмем КL =10 – нормальная некомпенсированная машина),
– число пар полюсов двигателя, nн –номинальная скорость вращения. 
1.4 Схема преобразователя и временные диаграммы рабочих процессов
Схема преобразователя и временные диаграммы рабочих процессов приведены в приложении 1, 4.
2. Выбор согласующего трансформатора или токоограничительнго реактора
2.1 Выбор вида связи выпрямителя с сетью
В качестве звена, согласующего выпрямительный блок с сетью переменного тока, может использоваться согласующий трансформатор либо токоограничивающий реактор. Согласующий трансформатор может применяться для следующих целей:
1) изменить величину переменного напряжения сети в соответствии с принятой схемой выпрямления;
2) преобразовать число фаз сети переменного напряжения и/или задать среднюю точку;
3) своим сопротивлением понизить токи короткого замыкания при внутренних и внешних повреждениях в выпрямителе и ограничить скорость нарастания прямого тока вентилей в коммутационных процессах.
Токоограничительный реактор (ТОР) может выполнить только третью задачу.
Для трехфазного мостового симметричного преобразователя возможно применение как согласующего трансформатора, так и токоограничивающего реактора, следовательно, необходим дополнительный анализ.
Преобразователь должен обеспечить номинальное напряжение на нагрузке в нормальных режимах работы с учетом минимально допустимых углов регулирования, возможных понижения сети и падений напряжения в элементах установки (вентильной схеме, сглаживающем реакторе, соединительных проводах).
, где (2.1)Udн = 220 В – номинальное напряжение нагрузки; IdRc – падение напряжения на активных сопротивлениях цепи выпрямленного тока (вентилях, сглаживающем реакторе, соединительных проводах), предварительно можно принять IdRc = 0,05Udн ; KВ = 2,34 – коэффициент схемы выпрямления (для трехфазной мостовой симметричной схемы выпрямления); КС – коэффициент, учитывающий возможное падение напряжения сети, в соответствии с ГОСТ 13109-87 на зажимах электроприемников в нормальных режимах допускается отклонение напряжения ±5%, следовательно, КС = 1,05 … 0,95 (расчетным является значение КС = 0,95); αmin= 7 … 10о – минимальный угол регулирования для нереверсивного преобразователя при согласованном управлении; А – коэффициент наклона внешней характеристики выпрямителя (для трехфазной мостовой симметричной схемы выпрямления А = 0,5), учитывающий понижение напряжения на выходе выпрямителя при коммутации токов вентилей; Uk – напряжение короткого замыкания трансформатора, предварительно можно принять
. [Л. 9]