“Проектування і розрахунок керованих випрямлячів
електричного струму”
Завдання до курсової роботи
Вступ
1. Розрахункова частина
1.1 Розрахунок силової частини випрямляча
1.2 Розробка СІФК
1.2.1 Розрахунок вихідного каскаду
1.2.2 Розрахунок фазозсувного ланцюга
1.2.2 Розробка нуль-органа
1.2.3 Розрахунок генератора лінійно змінної напруги
1.2.4 Розрахунок компаратора
1.2.5 Розрахунок диференціюючої ланки
1.2.6 Розрахунок одновібратора
Література
Випрямлячем називається пристрій призначений для перетворення енергії джерела змінного струму в постійний струм. Необхідність в подібному перетворенні з'являється, коли живлення користувача здійснюється постійним струмом, а джерелом електричної енергії є джерело змінного струму, наприклад промислова мережа частотою 50 Гц.
Принцип випрямлення базується на отриманні за допомогою тиристорної схеми із двополярних напруг однополярних напівхвиль напруги, які після фільтра стають згладженими. При великих потужностях навантаження задачу перетворення електричної енергії змінного струму в постійний струм вирішують за допомогою 3-фазних керованих випрямлячів, виконаних за мостовою схемою (рис.1).
Схема імпульсно-фазового керування забезпечує, подачу відкриваючих імпульсів на тиристори перетворювача і разом з перетворювачем вирішує комплекс задач, пов'язаних з формуванням і регулюванням його вихідної напруги.
Загальними вимогами, що пред'являються до системи керування перетворювачем є:
1) надійність відкривання тиристорів силової схеми в усіх режимах її роботи;
2) плавне (в необхідному діапазоні) регулювання кута а подачі керуючих імпульсів на тиристори;
3) висока завадостійкість і надійність.
Рис. 1. Структурна схема керованого трифазного випрямляча
1. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
Проведемо розрахунок потужності на навантаженні:
Pdn=Udn · Idn
Pdn=660·800=528 кВА
Знайдемо повну потужність трансформатора (без урахування процесу комутації):
St=1,045·Pdn
St=1,045·528000=551,76кВА
З умови Stр/St вибираємо трансформатор ТСЗП-630 потужністю 645 кВА з характеристиками:
Stр, кВА
Р0, кВА
Рк, кВА
Uk, %
Mаса,T
645
2,1
6,0
6,2
2,45
Для трифазної мостової схеми В =0,5.
Визначимо номінальну фазову напругу вторинної обмотки трансформатора (при куті регулювання = 0)
Udn=Ud0 · [cos - (B·Uk%)/100]
Ud0 = Udn/[cos - (B·Uk%)/100] = 660/(1-0,5·6,2/100) = 681,11B
Визначимо номінальну фазову напругу вторинної обмотки U2н:
Ud0=3··U2/p=2,34·U2н
U2н= 0,427·Ud0 = 0,427·681,11= 291,07B
Необхідна лінійна напруга U2л н становить:
U2лн =U2н · =291,07· = 503,55В.
Вибираємо лінійну напругу вторинної обмотки потужного трансформатора з номінального ряду 230В, 460В, 660В, 825В
U2л = 660В
Звідки фазна напруга становить
U2 = U2л / = 660 / = 381,5В.
Знаходимо Ud0 для вибраного значення фазної напруги вторинної обмотки тр. U2
Udo = 2,34· U2 = 2,34·381,5= 892,71В.
За відомими значеннямиU1л i U2 (U2 — напруга не на вторинній обмотці трансформатора, а та, яка використовується для розрахунку випрямляча, що живиться від вторинної обмотки трансформатора), визначимо коефіцієнт трансформації силового трансформатора
n =w1/w2=U1л/U2=6000/381,5=15,72
Фазний діючий струм вторинної обмотки трансформатора за умови, що випрямлений струм ідеально згладжений (Lп), дорівнює:
I2 = 0,817·Idn = 0,817·800 = 653,6А.
Діючий струм первинної обмотки трансформатора, пов'язаний зі струмом вторинної обмотки коефіцієнтом трансформації, визначається за формулою
I1 = (0,817·Idn)/n =І2/n = 653,6/15,72= 41,57А.
Потужність первинної обмотки трансформатора S1, з урахуванням 10%-ної зміни напруги, знаходимо за формулою:
S1=m·1,1·I1· U1 =m·1,1·I1·U1л=3·1,1·41,57·6000=823,086 кВА.
Потужність вторинної обмотки трансформатора S2, з урахуванням 10%-ної зміни напруги, знаходимо через добуток значення кількості фаз m, фазної напруги вторинної обмотки трансформатора і струму вторинної обмотки. Звідси:
S2=m·1,1·U2·I2=3·1,1·381,5·653,6=822,84 кВА.
Оскільки S1 = S2 = SТ = 823,086 кВА, що більше від 645 кВА, то обраний трансформатор не задовольняє умовам.Тому підбираємо наступний трансформатор ТСЗП-1000,який має такі характеристики:
Sт,кВА
Р0,кВА
Рк,кВА
Uк,%
Маса,Т
1007
2,6
8,0
3,5
Перерахуємо величини що зміняться внаслідок зміни Uк:
Ud0=660/(1-0,5·6,0/100)=680,41В
U2н=680,41/2,34=290,77В; U2лн=290,77·=503,03В; Вибираємо U2л=660В;
U2=381,5В;Ud0=892,71В;n=15,72;I2=653,6А;I1=41,57А;S1=S2=823,86кВА.
Отримане значення менше,ніж 1007кВА,тому вибраний трансформатор задовольняє умовам.
Будуємо регулюючу характеристику Ud(a) за формулою(рис.2):
Ud=Ud0 · (cosa-(B·Uk%)/100)
Для напруг Udn і Udn/2 знаходимо наближені значення кутів регулювання
an і an1:
an=arccos(Udн/Ud0+B·Uk%/100)=arccos(660/892,71+0,5·6,0/100)=39,7°
an1=arccos(Udn/2·Ud0+B·Uk/100)=arccos((660/2)·892,71+0,5·6,0/100)=66,44 °
Для знайдених кутів регулювання,а також для кута рівного “0” будуємо
Зовнішні характеристики випрямляча(рис.3).
Ud = Ud0 · cos - (3· Id Xa)/π
Регулюючі та зовнішні характеристики будуємо по формулах:
Ud = Ud0 · cos - (3· Id· Xa)/π
Коефіцієнт використання трансформатора:
Kвт = Pdн /ST = 528/823,086= 0,64.
Знайдемо сумарний індуктивний опір розсіювання, приведений до вторинної обмотки трансформатора
Ха = Uk%·U2/I2 ·100=6,0 ·381,5/653,6·100=0,035 Ом.
Тепер визначимо кути комутації струму випрямляча з формули
cos()-cos(+)=2Id · Ха /Ö6· U2=2· 800· 0,35/Ö6· 381,5=0,059
При куті регулювання =n
=arccos(cos(n) – 0,059)-n=arccos(cos(39,7°) – 0,059)-39,7=5,030
При куті регулювання =n1
1 = arccos(cos(n1) –0,059) - n1 =arccos(cos(66,44°) –0,059) –66,44°=3,64°
Знаходимо кут зсуву першої гармоніки для 2-х випадків:
1) при =n
= n+/2=39,7 0+5,03°/2 = 42,21°
2) при =n1
1= n1+1 /2 = 66,440+ 3,640/2 = 68,260.
Коефіцієнт спотворення форми кривої змінного струму, що споживається з мережі (коефіцієнт несинусоїдальності) при L для трифазної мостової схеми дорівнює:
Кс = 3/= 0,955.
Розрахуємо коефіцієнт потужності випрямляча =Kc· cos()
= 0,955·cos(42,210) = 0,7;
1 = 0,955·cos(68,260) = 0,35.
Розрахуємо Іа сер. і Uзв. maх для вибору тиристорів.
Обернену максимальну напругу вибираємо з урахування коливань мережі ±10%, а також з урахуванням комутаційних перенапружень. Тому в формулу розрахунку Uзв. тaх вводимо коефіцієнт 1,4:
Іа сер. ≥ Іа = Іdн /3
Uзв. max ≥ 1,05·1,4·Ud0
Іа сер ≥ Іа =800/3 = 266,66А
Uзв. max≥ (1,05 ·1,4·892,71) =1312,28В.
Виберемо тиристор ТБ353-630-14 :
максимально допустимий середній струм у відкритому стані - Іа сер = 630 А, повторююча імпульсна напруга у закритому стані –Uзв.max=1400B.
Характеристики тиристора ТБ353-630-14:
Іа. сер. = 630 А
DUa = 2,5 B
Uзв. тах = 1400В
Uк=3 В
Ік = 300 мА
tвкл = 4 мкс
tвикл. = 41 мкс
Втрати потужності на вентилях розрахуємо за формулою:
DРа = ma· DUa ·Ia
де ma– кількість тиристорів у випрямлячі (для даної схеми становить 6);
DUа – падіння напруги на тиристорах;
Іа – прямий струм тиристора.
DРа = 6∙2,5∙630 = 9,45 кВт.
Для розрахунку коефіцієнта корисної дії випрямляча, без урахування споживання енергії СІФК, знайдемо його значення для 2-х випадків: при вихідній напрузі Ud =Udn i Ud =Udn/2.
Для цього попередньо знаходимо коефіцієнти завантаження для 2-х випадків:
а) =Ud /Udn= Udn /Udn=1,
= (·Pdn)/ (·Pdn+2·DPa+ P0+2 · Pk),
де Pdn – номінальна корисна потужність;
DРа – втрати потужності на вентилях;
Р0 – втрати у магнітопроводі трансформатора;
Рк – втрати в обмотках трансформатора.
= (1·528) / (1·528 + 1·9,45 + 2,6 + 1·8,0) = 0,963.
б) = Ud /Udn∙2 = 0,5,
= (0,5·528) /(0,5·528 + 0,25·9,45 + 2,6 + 0,25·8,0) = 0,953.
Для регулювання вихідної напруги випрямляча застосуємо фазо-імпульсний метод. При цьому до складу перетворюючого пристроя не вводять додаткових силових вузлів, а лише у якості вентелів випрямної схеми використовують керовані ключі – як правило, тиристори. Принцип дії регулятора полягає у тому, що за допомогою спеціальної схеми керування забезпечується регульована затримка на вмикання тиристорів відносно переходу через нуль змінної синусоїдальної напруги. Тобто фаза послідовності імпульсів керування змінюється щодо фази синусоїдної напруги.
Страницы: 1, 2, 3
