Для правильного выбора силовых полупроводниковых приборов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЯГОВОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

 

 

Выполнил студент                                                                         А.Е. Гуйдо

Группа ЭС – 005

Руководитель                                                                                 Я. С. Гришин

Нормоконтроль                                                                             Я. С. Гришин

 

 

Санкт-Петербург

2004

 

 

ЗАДАНИЕ.

Вариант №17:

 

Номинальное значение выпрямленного напряжения:                                    

Номинальное значение выпрямленного тока:                                                   

Номинальное значение напряжения питающей сети:                                   

Схема соединения обмоток преобразовательного трансформатора:                  

Вид преобразователя по функциональным свойствам: неуправляемый выпрямитель;

Климатическое исполнение преобразовательной установки: тропическое исполнение.

 

СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                      

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………….…..4

1.ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ…………………………….5

2.РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЯ ТОКОВ И МОЩНОСТИ. ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРА...…7

3.РАСЧЕТ ТОКОВ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ………………………………………..9

4. ВЫБОР ТИПА ДИОДА И РАЗРАБОТКА СОЕДИНЕНИЯ СХЕМЫ ПЛЕЧА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ………………………………………………………………………….14

4 1. Выбор типа диода………………………………………………………………………...14

4.2.Разработка соединения схемы плеча преобразователя…………………………………17

5.ИССЛЕДОВАНИЕ ВНЕШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАЦИИ………………………………………...19

5.1. Исследование внешней характеристики и коэффициента мощности………………...19

5.2 Исследование коммутации……………………………………………………………….21

6.ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК (КПД, КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ)…………………………………………………………………………………..22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………………25

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………………………26

 

ВВЕДЕНИЕ.

 

 В данном курсовом проекте, производится расчет преобразовательного агрегата, предназначенного для установки на тяговых подстанциях метрополитена. Преобразователь собран по шестипульсовой схеме преобразования и состоит из преобразовательного трансформатора и трехфазного мостового выпрямителя.

 Мостовая схема обладает рядом достоинств, по сравнению с нулевой схемой с уравнительным реактором. Прежде всего у мостовой схемы более высокий коэффициент использования мощности трансформатора – 0,95 против 0,8. Конструкция трансформатора значительно упрощается, так как отпадает необходимость в двух вторичных обмотках. Отпадает необходимость и в самом уравнительном реакторе. Установленная мощность полупроводниковых приборов в обеих схемах одинакова, также во всех шестипульсовых схемах одинаков угол коммутации.  

 В данное время шестипульсовые мостовые выпрямители уже не удовлетворяют современным требованиям по уровню пульсаций выпрямленного напряжения и по уровню высших гармонических составляющих в кривой потребляемого тока. Этим требованиям в большей мере удовлетворяют двенадцатипульсовые выпрямители, которым и отдается предпочтение при разработке новых преобразователей. Эти выпрямители имеют также более пологую внешнюю характеристику, меньший угол коммутации, более высокие экономические показатели.

 В системах электроснабжения железных дорог, метрополитена, и городского электротранспорта, несмотря на это, достаточно широко распространены шестипульсовые мостовые выпрямители.

 

1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ.

 

 В данном курсовом проекте, производится расчет преобразовательного агрегата, предназначенного для установки на тяговых подстанциях метрополитена. Преобразователь собран по шестипульсовой схеме преобразования и состоит из преобразовательного трансформатора и трехфазного мостового выпрямителя (рис.1).

 Мостовая схема обладает рядом достоинств, по сравнению с нулевой схемой с уравнительным реактором. Прежде всего у мостовой схемы более высокий коэффициент использования мощности трансформатора – 0,95 против 0,8. Конструкция трансформатора значительно упрощается, так как отпадает необходимость в двух вторичных обмотках. Отпадает необходимость и в самом уравнительном реакторе. Установленная мощность полупроводниковых приборов в обеих схемах одинакова, также во всех шестипульсовых схемах одинаков угол коммутации.  

В системах электроснабжения железных дорог, метрополитена, и городского электротранспорта, несмотря на это, достаточно широко распространены шестипульсовые мостовые выпрямители.

 

Схема шестипульсового мостового неуправляемого выпрямителя

 

Рис.1

 

2. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЯ, ТОКОВ И МОЩНОСТИ. ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРА.

 

 Номинальный и перегрузочный режимы принимаем исходя из следующих рекомендаций. Параметры номинального режима по току определяем из задания. Кратность в процентах от номинального тока, длительность перегрузок и цикличность соответствуют требованиям к тяговым потребителям (ГОСТ 2329-70).

125% в течении 15 минут 1 раз в 2 часа:

150% в течении 2 минут 1 раз в 1 час:

200% в течении 10 секунд 1 раз в 2 мин:

 Предварительно производится расчет для номинального режима при идеальных СПП и пренебрежении сопротивлениями питающей сети.

 Среднее выпрямленное напряжение в режиме холостого хода  определяется по формуле:

                                                    

                                           ,                                                      (1)

 

где  - потеря выпрямленного напряжения на коммутацию, принимается равной 2…3% от  .

              - номинальное выпрямленное напряжение.

 

.

 

.

 

     

Исходя из значения среднего выпрямленного напряжения определяем эффективные значения напряжения вторичной обмотки :

                                                                                                                     (2)

                                                                                                                             (3)

 Средний ток плеча схемы выпрямления :

                                                                                                                                   (4)

где - номинальное значение выпрямленного тока.

 Для номинального режима:

 Обратное максимальное напряжение плеча схемы выпрямления :

                                                                                                                        (5)

 Эффективное значение тока плеча схемы выпрямления

                                                                                                                               (6)

Эффективное значение тока вторичной обмотки преобразовательного трансформатора

                                                               ;                                                       (7)

 

 Отсюда следует, что эффективное значение фазного тока вторичной обмотки:

 Эффективное значение тока первичной обмотки преобразовательного трансформатора

                                                                                                                       (8)

где  - коэффициент трансформации;

 Расчет мощности преобразователя трансформатора  при номинальном режиме:

 На основании значения расчетной мощности и предназначения преобразователя, осуществляется выбор преобразовательного трансформатора. По расчетам подходит трансформатор типа: ТСЗП – 1600/10. Типовая мощность трансформатора 1515 кВА, напряжение короткого замыкания , потери: =4кВт,  

 

Для трёх режимов перегрузки ,   вычисляются средние и эффективные токи. Результаты расчётов представлены в табл. 1.

 

Таблица 1

 

Средние и эффективные токи в номинальном и утяжелённых режимах

 

Токи, А	Режимы
	Номинальный	Перегрузочные
Id	Idн	1,25Idн	1,5Idн	2Idн
Iп	500	625	750	1000
I2л	1226	1532,5	1839	2452
I2ф	1226	1532,5	1839	2452
I1	131	163,8	196,5	262

 

 

3. РАСЧЁТ ТОКОВ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ

 

Для правильного выбора силовых полупроводниковых приборов

необходимо выполнить расчёты токов короткого замыкания на шинах выпрямленного тока. На рис. 3.1 представлена схема возможных коротких замыканий трёхфазного мостового преобразователя, а на рис. 3.2 представлена расчётная схема замещения.

 

Схема возможных коротких замыканий трехфазного мостового преобразователя

                                          А       В  С

                         U_1ф                               

                           I₁

                           S₁

 

 

                                        ТП

                                             

                           U_2ф

                            I₂

 

                                          К1

                                        

                          VD4                                               VD1

 

                К2 VD6                                               VD3

                                                                                                                           UZ

                          VD2                                               VD5                                 Id

              -                                                                                                    +      

                                                                                   

                                                                                             

                                                                      

                                    К3                                                                       Ld

                                                                                                     К4

                       

                                                ТД

        

 Рис. 3.1

 

Расчётная схема замещения при коротком замыкании на шинах трёхфазного мостового преобразователя

 

 

                                         е_а             е_b             е_c

 

                                      L_а                     L_a             L_a                

 

 

                                        R_а            R_a           R_a

 

                       VD1        VD3        VD5

                                          VD4        VD6        VD2

 

 

Рис. 3.2

 

Эквивалентное анодное активное сопротивление одной фазы, приведённое ко вторичной обмотке, и анодное индуктивное сопротивление определяются соответственно по формулам [1, с.313]

 

,

 

где  анодное индуктивное сопротивление трансформатора;

    индуктивное сопротивление питающей сети.

 

,

 

где u_k – напряжение короткого замыкания преобразовательного трансформатора, (в процентах).

 

,

 

,

 

.

,

 

где активное сопротивление, вычисленное из опыта сквозного короткого замыкания;

 активное сопротивление питающей сети.

 

,

 

 

 

где Р_КЗ, u_k – соответственно потери и напряжение (в процентах) короткого замыкания преобразовательного трансформатора.

 

;

 

;

 

.

 

Ток короткого замыкания определяется по формуле

 

 

где амплитуда периодической составляющей тока короткого замыкания;

  фазовый угол сдвига между кривыми напряжения и тока;

   угол коммутации выпрямителя.

 

,

 

,

 

,

 

,

 

,

 

,

 

,

 

,

 

Результаты расчёта токов короткого замыкания представлены в табл. 3.1

 

Таблица 3.1