На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти готовые бесплатные и платные работы или заказать написание уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов по самым низким ценам. Добавив заявку на написание требуемой для вас работы, вы узнаете реальную стоимость ее выполнения.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Быстрая помощь студентам

 

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Проектирование преобразователя для тяговой подстанции постоянного тока

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 24.06.2012. Сдан: 2011. Страниц: 19. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


     Министерство  транспорта Российской Федерации
     Федеральное агентство железнодорожного транспорта
     Государственное образовательное учреждение
     высшего профессионального образования
     Омский  государственный университет путей  сообщения
     ОмГУПС (ОмИИТ)

     Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

 
 
 
 
 
 
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ ТЯГОВОЙ

  ПОДСТАНЦИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 
Пояснительная записка к курсовой работе
по дисциплине «Электронная техника и преобразователи  в электроснабжении»
ИНМВ. 4749. 000 ПЗ 

                    Студентка гр. 43а
                    __________О.А.  Комякова 

                    Руководитель
                    доцент  кафедры ЭЖТ
                    ___________Е.Ю. Салита 

                          
                                 

             
 

      Омск 2006
Задание 

студентке гр. 43А Комяковой О.А.
на курсовую работу по теме: 

«Проектирование преобразователя для тяговой подстанции постоянного тока» 

      Спроектировать  полупроводниковый преобразователь, получающий питание от трехфазной сети переменного тока, с заданными  схемой и режимом работы при бесконечной индуктивности цепи выпрямленного тока (Xd= ). 

       Исходные  данные (по шифру 749): 

       1 Схема преобразователя – мостовая последовательного типа.
       2 Число пульсаций в кривой выпрямленного  напряжения m = 12.
       3 Назначение - магистральный железнодорожный  транспорт.
       4 Режим работы - управляемый выпрямитель.
       5 Параметры питающей сети: U = 110 кВ; Sк.з.с = 250 МВ?А.
       6 Напряжение короткого замыкания  трансформатора uк=12,5 %.
    7 Параметры  сети постоянного тока:
                      Udном = 3,3 кВ; Idном = 3200 А.
    8 Условия перегрузки по току и напряжению:
    kп = Idпер/Idном = 3,0 (tпер = 10 с); (Uvпов/Uvмакс) = 1,5; (Uvнепов/Ud0) = 3,0.
    9 Тип вентиля (тиристора) – Т133-320.

 
Реферат

УДК 621.311: 621.314.632:621.331

 
      Курсовая  работа содержит 45 страниц, 10 рисунков, 8 таблиц, 7 источников. 

      Управляемый выпрямитель, двенадцатипульсовая мостовая схема последовательного типа, электромагнитные процессы, параметры, коммутация, трансформатор, тиристоры, схема главных электрических соединений, эксплуатационные характеристики, качество электроэнергии.
  
     Объектом  исследования является управляемый  двенадцатипульсовый мостовой силовой полупроводниковый преобразователь для тяговой подстанции постоянного тока электрифицированного железнодорожного транспорта.   
     Цель  работы – рассчитать параметры и характеристики преобразователя, построить электромагнитные процессы, выбрать необходимую коммутационную и измерительную аппаратуру.
      Методы  исследования – аналитические и  графические.
      Дано  предварительное описание выпрямителя, определены основные параметры схемы преобразователя. Произведен выбор трансформатора и тиристоров с охладителями. Рассчитано групповое соединение вентилей, выбрана коммутационная, защитная и измерительная аппаратура. Определены показатели, характеризующие качество электрической энергии на выходе и входе преобразователя, построены диаграммы электромагнитных процессов и рассчитаны эксплуатационные характеристики. Сделан вывод о целесообразности использования данной схемы выпрямления в устройствах электроснабжения электрических железных дорог постоянного тока.  
 
 
 
 
 
 
 


Содержание

 Введение…………………………………………………………………………........5

1 Принцип  работы преобразователя…………………………………........................6
      Описание схемы и режима работы…………………………………………..........6
      Предварительный анализ электромагнитных процессов в схеме…………........8
2 Расчет  основных параметров схемы преобразователя………………………........11
2.1 Расчет  напряжений на элементах схемы…………………………………….......11
2.2 Расчет  токов в цепях схемы…………………………………………………........12
2.3 Расчет  мощностей трансформатора…………..………………………….............13
2.4 Расчет  продолжительности коммутации тока……………………………..........14
3 Выбор  трансформатора……………………………………………………..............16
3.1 Критерии выбора трансформатора........................................................................16
3.2 Тип выбранного трансформатора и его основные параметры............................16
4 Проект  вентильной части преобразователя………………………………….........19
4.1 Выбор  вентилей по типу и классу…………………………………………..........19
4.2 Расчет допустимых токов вентилей в заданных условиях………………..........22
4.3 Расчет  группового соединения вентилей…………………………………..........25
5 Схема главных электрических соединений преобразователя …...........................29
5.1 Разработка   схемы  главных  электрических  соединений преобразователя....29
5.2 Выбор типа  и обоснование примененных оборудования и аппаратов в схеме.29
6 Диаграммы  электромагнитных процессов в  схеме преобразователя………........33
7 Расчет  эксплуатационных характеристик  и параметров, характеризующих              
   качество электроэнергии……………………………………………………….......36
7.1 Качество  выпрямленного напряжения……………………………………..........36
7.2 Качество  сетевого тока………………………………………………………........38
7.3 Внешняя  характеристика……………………………………………………........39
7.4 Характеристика  коэффициента мощности…………………………………........40
7.5 Характеристика  коэффициента полезного действия……………………….......42
Заключение……………………………………………………………………….........45
Библиографический список…………………………………………………….. .......46
 
 
 
 
 
 
Введение
 

     Основными элементами тяговых подстанций постоянного  тока электрических железных дорог, метрополитена, городского и рудничного (карьерного) электротранспорта являются мощные выпрямительные, инверторные и выпрямительно-инверторные преобразователи, являющиеся промежуточными звеньями между источниками и приемниками электроэнергии. Выпрямители должны обеспечивать надежное питание тяговых двигателей электроподвижного состава, инверторы - надежный прием избыточных токов рекуперации, выпрямительно-инверторные преобразователи - совмещать их функции.
     Любой из вышеперечисленных преобразователей состоит из тягового трансформатора, служащего для преобразования уровня напряжения и числа фаз; вентильных конструкций, состоящих из управляемых  или неуправляемых вентилей, которые обладают односторонней проводимостью; устройств коммутации и защиты преобразователя от аномальных режимов работы.
     Главной задачей при проектировании преобразователя является выбор для заданных условий эксплуатации основных элементов и схемы главных электрических соединений: управляемых и неуправляемых вентилей, трансформаторов, коммутационного и защитного оборудования. Грамотно эту задачу можно решить на основе анализа электромагнитных процессов в нормальных и аномальных режимах работы схем. Для оценки технико-экономических показателей спроектированного преобразователя следует определить его эксплуатационные характеристики, параметры, характеризующие качество электрической энергии на входе и выходе.  

 

       1 Принцип работы преобразователя 

      1.1 Описание схемы и режима работы 

     Улучшение качества выпрямленного напряжения и потребляемого из питающей системы  тока и тем самым повышение  технико-экономической эффективности  выпрямителей можно достичь применением  двенадцатипульсовых схем. Это сложные  схемы, являющиеся результатом последовательного соединения секций – шестипульсовых мостовых схем (рисунок 1).
     Отличие секций в способе соединения вторичных  обмоток трансформатора: у одной  из них это звезда, у другой –  треугольник. Из векторных диаграмм вторичных линейных напряжений (рисунок 2) ясно, что угол сдвига между линейными напряжениями секций . Простая мостовая схема выпрямляет линейные напряжения вторичных обмоток и, следовательно, секции сложной схемы дадут шестипульсовые выпрямленные напряжения, сдвинутые друг относительно друга на угол , так как на такой угол смещены их линейные напряжения.
     В схеме последовательного типа:
     ? каждая секция работает независимо от другой, в ней открыты два вентиля  и напряжения на выходе каждой , соответствует кривым на рисунках 3 и 4;
     ? результирующее выпрямленное напряжение .
     Тогда, суммируя два шестипульсовых напряжения, получим двенадцатипульсовую систему при среднем значении 

      . 

     При получим: 

       

 

      
 



























































































































































































































































Рисунок 1 - Двенадцатипульсовая схема выпрямления  последовательного типа
 

      
     Из  рисунка 2 ясно, что каждый вентиль открыт и пропускает весь ток нагрузки ,  то есть , , и, следовательно, токовый режим вентилей одинаков с таковым для простой схемы. Напряжение на каждом из 12 вентильных плеч определяется линейным данной секции, а его максимальное значение , что в два раза ниже, чем у простой. Таким образом, для создания 12 вентильных плеч потребуется столько же вентилей, что и для шести в простой.
     Типовая мощность трансформатора .
     Таким образом, схема позволила получить двенадцатипульсовое выпрямленное напряжение при том же числе полупроводниковых  вентилей и трансформаторе несколько  меньшей мощности. 

      1.2 Предварительный анализ электромагнитных процессов в схеме 

        Векторная  диаграмма напряжений приведена  на рисунке 2.
 

Рисунок 2 – Векторная диаграмма вторичных напряжений 

      Электромагнитные  процессы в вентильной обмотке, соединенной по схеме «звезда» приведены на рисунке 3, электромагнитные процессы в вентильной обмотке, соединенной по схеме «треугольник» и в двенадцатипульсовой схеме выпрямления приведены на рисунке 4. 
 
 
 

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        
 
 

        
 
 

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2 Расчет основных параметров схемы преобразователя 

      2.1 Расчет напряжений на элементах схемы 

     Исходным  для определения напряжения на обмотках трансформатора и вентильных плечах является среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе преобразователя (Ud0). Определить Ud0 можно из уравнения внешней характеристики для неуправляемого выпрямительного  режима:
                                                                   (2.1)
где   Ud – среднее значение выпрямленного напряжения при токе нагрузки ;
         А – коэффициент наклона внешней  характеристики, зависящий от схемы, А = 0,26;
          uк – напряжение короткого замыкания трансформатора, выраженное в относительных единицах, uк = 0,125.
     Так как известно, что  при , то
      .     (2.2)
      .
     Разница между значениями и учитывает потери напряжения в обмотках трансформатора, обусловленные их индуктивным сопротивлением и процессом коммутации тока.
     Действующее значение напряжения на фазе вентильной обмотки U2 зависит от схемы выпрямления и от Ud0. Для сложной двенадцатипульсовой схемы выпрямления последовательного типа действующие значения напряжений вентильной обмотки трансформатора определяются для каждой из секций: для секции «звезды» используется значение соотношения Ud0/U2, указанное в числителе, для секции «треугольника» – в знаменателе. Для данной схемы Ud0/U2 = 4,68/2,71, найдем значения и :
      ,
      . 

     Учитывая, что номинальное линейное напряжение питающей сети U задано, коэффициент трансформации трансформатора
,      (2.3) 

где U1 и U2 – действующие значения фазных напряжений первичной и вторичной вентильных обмоток трансформатора.
      ,
     
     Напряжение  на вентильном плече определяется линейным напряжением вторичных обмоток. Так как выше определено фазное напряжение U2, то не представляет труда определить линейное.
     Надежность  работы полупроводниковых вентилей определяется максимальным (амплитудным) обратным напряжением на вентильном плече, т.е.
                         .     (2.4)
      ,
      .
     Для сравнения условий работы вентилей в различных схемах принято выражать UVmax через Ud0. Эти соотношения приведены в справочных данных   [1].
      , что соответствует справочным  данным. 

      2.2 Расчет токов в цепях схемы 

     Условия работы вентильного плеча определяются максимальным IVmax и средним IVср значениями тока, поэтому для проектирования преобразователя необходимо рассчитать их через известный ток выпрямителя Idном. Соотношения между ними определяются схемой преобразователя [1].
     Заданием  предусмотрена работа схем при абсолютно  сглаженном токе преобразователя (Id = const, так как Xd = ?). В этом случае мгновенный и максимальный значения тока вентильного плеча равны, для сложных схем последовательного типа IVmax = Idном.      

     Среднее значение тока в этих цепях
      ,     (2.5)
где l = 2p/3 – продолжительность проводящего состояния вентильного плеча.
       .
     Ток, определенный по уравнению (2.5), позволяет выбрать тип и рассчитать число параллельно соединенных вентилей в плече.
     Действующее значение тока вентильной обмотки трансформатора I2 определяется из соотношений, приведенных в [1].
     Для сложной двенадцатипульсовой схемы выпрямления последовательного типа токи I2 определяются для каждой из секций: для секции «звезды» используется значение соотношения I2/Id, указанное в числителе, для секции «треугольника» – в знаменателе. Т.к. для данной схемы , то найдем значения токов и :
      ,
     
     Действующее значение тока сетевой обмотки трансформатора I1 определяется из соотношений, приведенных в [1]. Для данной схемы , откуда:
      . 

      2.3 Расчет мощностей трансформатора 

     Особенностями преобразовательного трансформатора по сравнению с обычным силовым являются:
     1) различное в большинстве случаев  число фаз сетевой m1 и вентильной m2 обмоток, т. е. ;
     2) нестандартное значение напряжения  на вентильной обмотке;
     3) неравенство мощностей сетевой  S1 и вентильной S2 обмоток.
     Вследствие  последнего положения трансформатор  характеризуется так называемой типовой мощностью Sтип, которая в общем случае определяется по выражению:
,    (2.6) 

где SУР – мощность уравнительного реактора для схем параллельного типа. Для схемы последовательного типа SУР = 0.
     Мощность  сетевой обмотки  

           (2.7)
      .
     Мощность  вторичной (вентильной) обмотки  

                          (2.8) 

      .
      .
     В теории выпрямления тока принято  выражать S1, S2 и Sтип через так называемую условную мощность
     .     (2.9)
      .
     Сравним рассчитанные по уравнениям (2.7) – (2.9) мощности S1, S2 и Sтип с основными расчетными соотношениями, приведенными в [1].
      , , .
     Таким образом, рассчитанные мощности удовлетворяют  основным расчетным соотношениям, приведенным в [1]. 
 

      2.4 Расчет продолжительности коммутации тока 

     Процесс преобразования электрической энергии  представляет собой регулярное чередование внекоммутационных и коммутационных интервалов в пределах каждого периода сетевого напряжения, поэтому необходимо определить продолжительность коммутации тока (значение угла коммутации g). С учетом принятых в курсе преобразовательной техники допущений (симметричные синусоидальные питающие напряжения, абсолютно сглаженный ток на стороне постоянного напряжения, отсутствие взаимного влияния секций в сложных схемах, расчет при нагрузках, не превышающих номинальной и др.) можно определить угол коммутации g и оценить его влияние на работу преобразователя.
     В теории преобразователей определена зависимость  между углом коммутации, током нагрузки и параметрами данной схемы.
     Обобщенное  для всех схем и режимов выражение, определяющее g, имеет вид:
     ,   (2.10)
где     g – искомый угол коммутации;
          a – угол регулирования (в неуправляемом режиме a = 0);
         xв – индуктивное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к напряжению вентильных обмоток, 

;     (2.11)
       .
     IVmax = f(Id) – ток, который коммутируют вентильные плечи данной схемы.
     Из  выражения (2.10), учитывая, что a = 0, имеем:
      ;   (2.12)
       .
       , тогда .
     Из  выражения (2.10), учитывая, что a ? 0, имеем:
      ;   (2.13)
       . 

 

       3 Выбор трансформатора 

      3.1 Критерии выбора трансформатора 

     Трансформатор преобразователя должен обеспечить реализацию заданной схемы, надежность и экономичность агрегата. При выборе трансформатора необходимо добиться соответствия паспортных данных условиям эксплуатации. При этом выбор производится по следующим критериям:
     1) по соответствию параметрам питающей системы. Первичная (сетевая) обмотка трансформатора и подведенная питающая сеть должны иметь одинаковое число фаз m1 и равные номинальные линейные напряжения;
     2) по мощности. Мощность трансформатора  должна обеспечить надежную работу преобразователя во всем диапазоне нагрузок, для этого при выборе необходимо соблюдение условия:   

                                                          Sтип Sт.ном,                                             (3.1) 

где Sтип - типовая (расчетная) мощность трансформатора,;
       Sт.ном - номинальная мощность выбранного типа трансформатора, соответствующая одному из установленных значений шкалы номинальных мощностей трансформаторов, выпускающихся в России;
     3) по схеме вторичных (вентильных) обмоток. Схема вентильных обмоток выбранного трансформатора должна соответствовать заданной. Отсутствие в обозначении сведений о схемах и группах соединения вторичных обмоток требует, чтобы при выборе трансформатора они были указаны дополнительно;
     4) по системе охлаждения. Выбор  системы охлаждения производят  в зависимости от типовой мощности и условий эксплуатации трансформатора (от назначения преобразователя).  

     3.2 Тип выбранного  трансформатора и  его основные параметры
      
     Выбираем  трансформатор для тяговых подстанций электрических железных дорог типа ТРДТНП-16000/110ЖУ1-115/1,3-1,3/10,5.
 

Т Р Д Т Н П – 16000 / 110 ЖУ1-115/1,3-1,3/10,5
                   трехфазный трансформатор;
                   с расщепленной вентильной обмоткой;
                   с принудительной циркуляцией воздуха и        естественной циркуляцией масла;
                    трехобмоточный;
                    с регулированием напряжения под нагрузкой;
                    для полупроводниковых преобразователей;
                    номинальная мощность, кВ·А;
                    номинальное сетевое напряжение, кВ;
                    для железнодорожного транспорта;
                    для районов с умеренным климатом,                                установка на открытом воздухе. 
               
               

     Дополнительные  данные:
     схема и группа соединений обмоток – У/ДУ/Д;
     схема преобразователя – двенадцатипульсовая мостовая последовательного типа;
     потери  холостого хода Рх.х = 35 кВт;
     потери  короткого замыкания Рк.з = 90 кВт.
 

      4 Расчет вентильной части преобразователя 

      4.1 Выбор вентилей  по типу и классу 

     По  принципу действия силовые полупроводниковые  вентили делятся на неуправляемые (диоды) и управляемые (тиристоры, запираемые тиристоры – GTO и GCT, биполярные транзисторы с изолированным затвором – IGBT- транзисторы). В настоящее время преобразователи тяговых подстанций созданы на базе диодов и обычных тиристоров. Каждый вид приборов подразделяется на типы по значениям максимально допустимого среднего прямого тока. Приборы одного типа подразделяются на классы по значениям повторяющегося импульсного напряжения в закрытом состоянии. По конструктивному выполнению виды приборов делятся на подвиды: простые и лавинные, штыревые и таблеточные.
     В маркировке вентилей приняты следующие  обозначения приборов по видам:
     Д – диод;     Т – тиристор;
     ДЛ  – диод лавинный;   ТЛ – тиристор лавинный.
     Обозначения подвидов выполняются тремя знаками, следующими за буквенным обозначением: первый знак – порядковый номер модификации;   второй – цифра в зависимости от размера шестигранника под ключ для штыревых и диаметра корпуса для таблеточных приборов; третий – цифра в зависимости от конструктивного исполнения корпуса приборов, при этом если корпус прибора выполнен штыревым с гибким выводом, то обозначается цифрой 1, при штыревом с жестким выводом – 2, при таблеточном исполнении – 3, под запрессовку – 4, фланцевый – 5.
     После обозначения вида конструкции прибора указывается цифра, означающая максимально допустимый средний прямой ток. Все перечисленное выше дает тип вентиля. Через дефис после него цифрой указывается класс прибора, соответствующий числу сотен вольт повторяющегося импульсного напряжения в закрытом состоянии. Класс диода и тиристора может быть любым  (1 – 16 (включительно) и затем 18, 20, 22, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 50).
     Выбор вентиля проводится по следующим  критериям:
     1) по назначению преобразователя  и режиму работы. При неуправляемом выпрямителе необходим диод, при управляемом выпрямителе или инверторе –  тиристор.
     2) по принципу охлаждения. Одни  из первых и до сих пор  эксплуатируемых преобразователей тяговых подстанций электрифицированных железных дорог (УВКЭ-1, УВКЭ-1М, ПВЭ-3, ПВЭ-3М) имеют принудительное воздушное охлаждение вентилей. Преобразователи, выпускаемые в настоящее время, имеют естественное воздушное охлаждение с применением охладителей на базе тепловых труб.
     3) по конструктивному исполнению  приборов. Можно выбрать вентили штыревого или таблеточного типа.
     В последнее время наибольшее распространение  получили лавинные таблеточные вентили прижимной конструкции, значительно облегчающей работу прибора в условиях циклической токовой нагрузки и предотвращающей быстрое разрушение контактных соединений;
     4) по допустимому среднему току  прибора. Выбор по этому критерию  ответственный и трудный. Исходным является значение среднего тока вентильного плеча IVср, которое сравнивается с током одного вентиля.
     При реальном проектировании конструктор рассчитывает несколько вариантов с различными вентилями и выбирает оптимальный, для студента при выполнении данной курсовой работы главная цель – овладеть методикой расчета, поэтому допустим в какой-то степени субъективный подход.
     Нагрузочную способность силовых полупроводниковых приборов характеризует максимально допустимый средний ток – среднее за период значение прямого тока, протекающего через прибор в однофазной однополупериодной схеме выпрямления с активной нагрузкой при частоте 50 Гц,  синусоидальной форме тока с углом проводимости 180о, когда при установившемся тепловом состоянии температура корпуса равна заданному значению, а температура перехода – максимально допустимой.
     Использование приборов в конкретной схеме с  отличной от 180° продолжительностью проводящего состояния, с иной формой тока и принятой системой охлаждения приведет к изменению значения максимально допустимого среднего прямого тока IFAV по сравнению с приведенным в обозначении данного типа вентиля.
     Сравнивая значения допустимого тока одного вентиля с расчетным значением тока вентильного плеча IVср, необходимо иметь в виду сказанное выше.
     При выборе вентиля по току следует учитывать, что чем меньше значение допустимого  тока IFAV, тем больше число параллельных ветвей в плече, что осложняет наладку и эксплуатацию, ведет к увеличению потерь энергии и т. п. Более десяти вентилей в параллель соединять не рекомендуется.
     Если  взять вентиль с неоправданно большим током, то может возрасти стоимость преобразователя, а резервные  вентили еще больше ее увеличат;
     5) по классу прибора. Выбор основан  на сравнении максимального напряжения на вентильном плече UVmax, рассчитанного с допустимыми напряжениями для выбранного вентиля, определяемыми его классом.
     При выборе класса вентиля следует учитывать, что чем меньше класс прибора, тем больше число последовательно соединенных вентилей в плече, что осложняет наладку и эксплуатацию преобразователя, ведет к увеличению потерь энергии и т. п. Если взять вентиль с неоправданно большим классом, то может возрасти стоимость преобразователя, а резервные вентили еще больше ее увеличат.
     Выбираем  вентиль типа Т 133-320 с охладителем О143-150 [2]. Необходимые для дальнейших расчетов их параметры приведены в таблице 1. 

   Таблица  1 – Параметры вентиля типа Т 133-320 и выбранного
    охладителя  О143-150 

Обозначение параметра диода  Наименование  параметра Значение
IFAVm    Максимально  допустимый средний  прямой  ток, А
320
URRM    Повторяющееся  импульсное обратное напряжение (напряжение класса), В
900
IFSM    Ударный неповторяющийся прямой ток (ударный ток), кА 6,6
UFM    Импульсное (амплитудное) прямое  напряжение, В
2,0
U(TO)    Пороговое  напряжение, В 1,2
rт    Дифференциальное  прямое сопротивление (динамическое  сопротивление), мОм 1,1
Tjm    Максимально  допустимая температура перехода, °С
125
Rthjc    Тепловое  сопротивление «переход –  корпус», °С/Вт
0,045
Rthha    Тепловое  сопротивление «охладитель –  охлаждающая среда», °С/Вт
0,42
Rthch    Тепловое  сопротивление «корпус – контактная поверхность охладителя», °С/Вт 0,015
Z(th)tjc    Переходное  тепловое сопротивление  «переход  – корпус» при t = 10 с, °С/Вт
0,08
Z(th)tha 
   Переходное  тепловое сопротивление  «охладитель – охлаждающая среда» при
t = 10 c, °С/Вт
0,02
 
 
      4.2 Расчет допустимых токов вентилей в заданных условиях 

     Максимально допустимый средний прямой ток при  заданных условиях работы отличается от указанного в обозначении типа вентиля, так как прибор в конкретной схеме имеет иную продолжительность  открытого состояния, различные значения температуры охлаждающей среды, интенсивности охлаждения и т. п., поэтому для оценки реальной нагрузочной способности вентиля рассчитывается IFAVm в заданных условиях по выражению: 

     ,   (4.1) 

где Rthja – тепловое сопротивление «переход – среда», оС/Вт, причем 

;    (4.2) 

        kф – коэффициент формы кривой тока, зависящий от характера нагрузки и схемы преобразователя, равный отношению действующего значения тока к среднему. При прямоугольной форме тока (Id = const) и ? = 120° kф = 1,73;
       Та – температура охлаждающей среды (воздуха). В расчетах обычно принимается равной +40оС, но может изменяться в зависимости от места установки преобразователя, климатических условий и способа эксплуатации.
      °С/Вт;
      .
     Критериями  оценки работоспособности полупроводниковых  приборов при токовых перегрузках  являются перегрузочные характеристики и ударный неповторяющийся ток. Исходными данными для расчета  перегрузочных характеристик являются типы прибора и охладителя, способ и интенсивность охлаждения, форма кривой тока.
     С целью уменьшения расчетов и с  учетом того, что заданием на курсовую работу (аналогично техническим условиям на преобразователи) перегрузка за время  t установлена в 10 с, рассчитывается допустимый ток перегрузки IF(OV), который зависит и от предварительной нагрузки. В данном расчете допускается, что до перегрузки преобразователь работал с номинальным током.
     Допустимый  ток перегрузки определяется по формуле 

,  (4.3) 

где   Tj – температура перехода в результате нагрева его током предварительной нагрузки,
                                              ;                          (4.4) 

       PF(AV) – мощность потерь в вентиле, обусловленная током предварительной нагрузки,
      ;    (4.5) 

        Z(th)tja – переходное тепловое сопротивление «переход – среда» для продолжительности перегрузки t, с.
     При t = 10 с
      Z(th)10ja = Z(th)10jc + Rthch + Z(th)10ha. (4.6) 

     Значения  величин, входящих в выражение (4.6), зависят от интенсивности системы охлаждения, однако это проявляется при t 100 с. При t = 10 с такой зависимости нет.
     При использовании уравнения (4.5) необходимо оговорить величину IFAV. Наиболее тяжелым будет режим при номинальном токе до наступления перегрузки, т. е. при
       , (4.7) 

где а  – число вентилей, соединяемых  в плече параллельно.
      Предварительно  рассчитаем число параллельно соединенных в плече вентилей в режиме номинальной нагрузки:
      (4.8)
где IFAVm – максимально допустимый средний прямой ток вентиля;
       – коэффициент, учитывающий возможное неравномерное распределение тока между параллельно соединенными вентилями, =0,85;
      ,
      ,
      ,
      ,
     Z(th)10ja = 0,08 + 0,015 + 0,02 = 0,115°С/Вт;
      .
     Вентильные  конструкции должны выдерживать  и аварийные перегрузки, в том  числе сохранять исправность  при режиме короткого замыкания (к. з.). Перегрузочная способность вентиля характеризуется ударным неповторяющимся прямым током IFSM – током, при котором превышается максимально допустимая температура перехода, но который протекает кратковременно и в единичных случаях за весь срок службы прибора. Нормируется допустимое значение ударного неповторяющегося прямого тока в виде одиночного импульса синусоидальной формы длительностью 10 мс в аварийном режиме. Обычно IFSM » (15 – 20) IFAVm.
     Этот  ток сравнивается с расчетным  ударным током к.з. в схеме преобразователя. Определить последний можно по упрощенной методике по              выражению:
       , (4.9) 

где – напряжение короткого замыкания, эквивалентное сопротивлению питающей системы с мощностью к. з. Sк.з.с, 

             . (4.10)
       ,
      
      Ударное значение тока к. з. определяется по выражению: 

      Iуд = 2,55 Iк.з. (4.11)
     Iуд = 2,55?13832,8 = 35273,65 А. 

      4.3. Расчет группового соединения вентилей 

     В преобразователях большой мощности, как правило, приходится использовать групповое соединение силовых полупроводниковых приборов с целью обеспечения нагрузочных режимов и необходимой надежности.
     Если  IVср > IFAV или IV пер > IF(OV), или Iуд > I FSM, то приходится применять параллельное соединение приборов. Аналогично, если UVmax > URWM или        UVпов > URRM, или UVнеп > URSM, то применяют последовательное соединение приборов. Из-за технологического разброса вольт-амперных характеристик при параллельном соединении отдельные приборы перегружаются по току, а при последовательном – по напряжению. Для предупреждения выхода вентилей из строя необходимо правильно рассчитать их число в плече и применять специальные устройства для равномерного распределения напряжения или тока.
     Порядок расчета числа параллельно соединенных  вентилей предусматривает определение его по трем режимам:
      1) номинальной нагрузки – найдено ранее по выражению (4.8);
      2) технологической перегрузки –
       , (4.12) 

        где IVпер – максимальное значение тока вентильного плеча при перегрузке, 

       , (4.13) 

       kп – коэффициент перегрузки за t = 10 с принимаемый в соответствии с заданием, = 3,
     ;
      IF(OV) – амплитуда допустимого тока перегрузки одного вентиля, рассчитанная по формуле (4.3),
      ;
     3) короткого замыкания –
       , (4.14)
где Iуд – ударное значение тока к. з. в схеме преобразователя, определенное по выражению (4.11);
       IFSM – ударный неповторяющийся прямой ток вентиля, принимаемый согласно паспортным данным,
       .
     Принимаем а = 14. 

     Число последовательно соединяемых вентилей в плече схемы также определяется по трем режимам:
     1) расчетному – 
       , (4.15) 

где UVmax – максимальное обратное напряжение на вентильном плече;
       URWM – рабочее обратное напряжение одного вентиля, принимаемое как параметр по паспорту. В случае отсутствия данных в паспорте принимается  условие: ;
        kU – коэффициент, учитывающий возможное неравномерное распределение напряжения, обычно принимается  равным 0,9,
       ;
     2) по повторяющимся (коммутационным) перенапряжениям – 

       , (4.16) 

где UVпов – регулярно повторяющееся перенапряжение на плече, определенное процессами в схеме, (Uvпов/Uvмакс) = 1,5;
      URRM – повторяющееся обратное напряжение вентиля (напряжение класса),
      ;
     3) по неповторяющимся перенапряжениям  – 

       , (4.17) 

где UVнепов – неповторяющееся аварийное перенапряжение, определенное исходными данными как перенапряжение между плюсовой и минусовой шинами преобразователя, (Uvнепов/Ud0) = 3,0;
       URSM – неповторяющееся обратное напряжение, допустимое на один вентиль, заданное паспортом или принимаемое равным (1,16 – 1,25) URRM; примем   
URSM = 1,16 URRM;

        n – число последовательных плеч в схеме, включенных на выпрямленное напряжение, n = 4. 

      .
     Принимаем s = 4.
     В групповом соединении включенных параллельно (а) и последовательно (s) вентилей в одном плече преобразователя из-за разброса их параметров применяют меры выравнивания тока в параллельных и напряжения в последовательных соединениях.
     Для равномерного деления тока используют подбор вентилей по прямому импульсному напряжению или включение индуктивных делителей.
     Для равномерного деления напряжения применяются  активные Rш, емкостные Св, смешанные RвСв- и RвСвD-цепи, включаемые параллельно вентилям. Вместо обычных вентилей используются также лавинные диоды и тиристоры, допускающие последовательное включение без специальных делителей.
     Общее число вентилей в преобразователе  определяется по выражению:
      N = p a s, (4.18)
где p – число вентильных плеч в преобразователе,
     N = 4?14?12 = 672.
     Выбранный способ группового соединения вентилей в плече приведен на рисунке 5.

Рисунок 5 – Групповое соединение вентилей
 

       5 Схема главных электрических  соединений преобразователя 

     5.1 Разработка   схемы главных  электрических соединений преобразователя 

     Схема, показывающая способ соединения вентильной части преобразователя с обмотками трансформатора, а также основные элементы электроустановки (коммутационные аппараты и защитное оборудование), соединенные в такой последовательности, которая выполнена в реальных условиях, называется схемой главных электрических соединений преобразователя.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.