Проектирование силовых блоков полупроводникового преобразователя (стр. 1 из 5)
Министерство образования Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Сибирский Государственный Индустриальный Университет
Кафедра автоматизированного электропривода и промышленной электроники
Курсовая работа
по преобразовательной технике
Проектирование силовых блоков полупроводникового преобразователя
Выполнил: студент гр. АЭП-022
Д.С. Мысков
Проверил: преподаватель
В.Т. Хромогин
Новокузнецк 2004
Введение
Преобразовательная техника является одним из наиболее эффективных направлений электротехники. Преобразовательные устройства служат для преобразования переменного напряжения (тока) в постоянное, постоянного напряжения (тока) в переменное, переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты и т.д.
В преобразовательных устройствах используются средства, осуществляющие фильтрацию и стабилизацию тока и напряжения. Основными характеристиками преобразовательных устройств являются коэффициент полезного действия, коэффициент мощности и другие энергетические характеристики.
Преимущества полупроводниковых преобразователей оп сравнению с другими преобразователями неоспоримы: они обладают высокими регулировочными характеристиками и энергетическими показателями, имеют малые габариты и массу, просты и надёжны в эксплуатации. Кроме преобразования и регулирования тока и напряжения такие установки обеспечивают бесконтактную коммутацию токов в силовых цепях.
Благодаря указанным преимуществам полупроводниковые преобразовательные устройства получают широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.
Задание
Таблица 1. Исходные данные для проектирования преобразователя
| U,КВ | Uс,% | Uн,В | Iн,A | Kп | t  ,c | Kп | t ,mc | q,% | Хар.нагр. | Реж. раб. |
| я. двиг. | выпр.,инв. | |||||||||
| 6 | 15 | 260 | 320 | 1,1 | 4 | 1,3 | 30 | 7 | + | + |
| Система защиты вентилей | Способ воздушн. | qc, C° | |||
| токовая | перенапряжен. | охлаждения | |||
| вну.кз | кз=I | ком.vs,vd | ком.нгр. | естественный | 15 |
1) U- 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) Kп - кратность кратковременной технологической перегрузки.
6) t- длительность кратковременной технологической перегрузки.
7) Kп - кратность длительной технологической перегрузки.
8) t- продолжительность действия длительной технологической перегрузки.
9) q - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке.
10) Характер нагрузки: Я - якорь двигателя.
11) Режим работы:
В- выпрямительный , И- инверторный.
12) Способ управления преобразователем:Управляемый.
13) Система защиты:
вну. кз - внутренние короткие замыкания.
кз = I - короткие замыкания на стороне постоянного тока.
кз ~ I - короткие замыкания на стороне переменного тока.
ком.vs,vd - коммутационные перенапряжения в вентилях.
ком.нгр.- коммутационные перенапряжения со стороны нагрузки.
14) qс - температура окружающей среды.
15) h - коэффициент полезного действия установки.
16) c - коэффициент мощности установки.
1. Разработка принципиальной схемы
1.1 Выбор и обоснование схемы соединения вентилей
Разрабатываемый мной преобразователь, является преобразователем средней мощности: Pн = Iн ×Uн =83,2 кВт, следовательно целесообразно взять трёхфазную схему.
Источником питания выбираем сеть трёхфазного переменного тока.
Из трёхфазных схем выпрямления отдаю предпочтение трёхфазному мостовому выпрямителю, т.к. он обеспечивает коэффициент пульсации q=5,7% от Uн, при требуемом q=7%, т.е. отпадает необходимость применения сглаживающего фильтра. В виду расхождения напряжения питающей сети Uc=6 кВ и Uн=260В возникает необходимость включения в схему понижающего трансформатора. Обмотки трансформатора соединены звездой. При соединении вентилей в трёхфазную мостовую схему постоянные составляющие токов вторичной обмотки не создают ПВН.
Для защиты вентилей от внутренних КЗ применяются специальные быстродействующие плавкие предохранители; предохранители устанавливаются последовательно в цепи каждого тиристора; от КЗ на постоянном токе – автоматический выключатель.
Коммутационные перенапряжения в вентилях устраняются выключением R-C цепей параллельно каждому тиристору; перенапряжения в нагрузке – включением нулевого диода.
2. Расчёт параметров и выбор элементов схем
2.1 Основные соотношения, характеризующие трёхфазную мостовую схему трансформатора
Iа = 1/3 ×Iн=1/3 × 320 = 106,7 А (2.1.1), [1, c.217]
U2= Uо*0,427=260*0,427=111,02В (2.1.2), [1, c.217]
I2= 0,817×Iн = 0,817 × 320 = 261,44А (2.1.3), [1, c.217]
Мощность, передаваемая в нагрузку:
Рн = Uн ×Iн = 260 ×320 = 83,2 кВт (2.1.4), [1, с.217]
Типовая мощность трансформатора:
Sт = 1,05Рн = 1,05× 83200 = 87,36 кВ × А (2.1.5), [1, c.217]
Iа- средний ток протекающий через вентиль;
U2- действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора;
I2 - действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора;
2.2 Расчёт электрических параметров трансформатора
С учётом типовой мощности трансформатора и напряжения питающей сети выбираю трансформатор ТМ-100/10 [ 2, табл .29-1, c.246]
Таблица 2. Технические данные трансформатора
| Параметр | Значение |
| Мощность | 100 кВА |
| Напряжение силовой обмотки | 6 кВ |
| Напряжение вторичной обмотки | 230 В |
| Потери холостого хода | 0,365 кВт |
| Потери короткого замыкания | 2,27 кВт |
| Напряжение короткого замыкания | 4,7 % |
| Ток холостого хода | 2,6 % |
Для отключения преобразователя от сети необходим выключатель на ток
.C учетом возможных перегрузок в качестве QS1 из [ 5, c.589] выбираем выключатель ВНП-16 на напряжение 6 кВ и ток 30 А.
2.2.1 Расчёт сопротивлений трансформатора
X2k, R2k-приведённые к вторичной стороне реактивное и активное сопротивление одной фазы трансформатора и питающей сети переменного тока, т.е. X2k=Х2к,т + Х2к,с и R2k=R2k,т + R2k,с . Так как мощность моего преобразователя Sт = 87,36 кВт < 500 кВт , то сопротивлением питающей сети можно пренебречь : X2k=Х2к,т , R2k=Rk, 2т . [3,c.105] .
Активное сопротивление трансформатора приведённые к вторичной обмотке:
R2k,т =
Ом (2.2.1.1) , [3,c.105]Pk = 2,27 кВт - потери короткого замыкания (см . табл.2).
I2ф = 261,44 А - фазный ток вторичной обмотки трансформатора (см. 2.1.3).
Полное сопротивление трансформатора , приведённое ко вторичной обмотке:
Zk, 2т =
= 
= 0,0248 Ом (2.2.1.2), [3,c.105]Uk , % = 4,7 % - напряжение короткого замыкания.
U2л =230 В - фазный напряжение вторичной обмотки трансформатора.
Sн = 100 кВ×А - номинальная мощность трансформатора.
Индуктивное сопротивление трансформатора, приведённое к вторичной обмотке:
Х2к,т =
= 
= 0,022 Ом (2.2.1.3), [3,c. 105]Индуктивность трансформатора, приведённая ко вторичной обмотке:
L2k,т=
= 0,07 мГн (2.2.1.4), [3,c.105].2.3 Расчёт электрических параметров вентилей
2.3.1 Расчёт ударного тока и интеграла предельной нагрузки внешнего, короткого замыкания
Амплитуда базового тока короткого замыкания:
Ik, m =
= 
=7572,35 А (2.3.1.1), [3,c.105].U2ф = 132,8 В - фазный напряжение вторичной обмотки трансформатора .
R2k,т = 0,012 Ом - активное сопротивление трансформатора приведённые к вторичной обмотке (см. 2.2.1.1).
Х2к,т = 0,022 Ом - индуктивное сопротивление трансформатора , приведённое ко вторичной обмотке (см . 2.2.1.3).
Ударный ток предельной нагрузки внешнего, короткого замыкания:
Iуд = Ik, m×i уд =7572,35× 0,86 = 6512,2А (2.3.1.2), [3,c.105] .
i уд =0,86- ударный ток в относительных единицах, берётся с кривой [3, с.105, рис.1- 127 а], при ctgjk =
= 0,545Интеграл предельной нагрузки при глухом внешнем, коротком замыкании:
I?×t = I?k, m (I?×t) (2.3.1.3), [3,c.105],
где I?×t определяется в зависимости от ctgjk по кривой [3 , с.105, рис.1- 127 б] I?×t = 0,004
I?× t =
× 0,004 = 229,4 kА?×сIk, m - амплитуда базового тока короткого замыкания .
I?×t - интеграл предельной нагрузки в относительных единицах .
2.3.2 Расчёт ударного тока и интеграла предельной нагрузки внутреннего, короткого замыкания
Ударный ток предельной нагрузки внутреннего, короткого замыкания:
Iуд = Ik, m×i уд = 7572,35× 1,08 = 8178,12 А (2.3.2.1), [3,c.105]