Проектирование силовых блоков полупроводникового преобразователя
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).
