Курсовая работа: Трехфазный мостовой преобразователь

Курсовая работа: Трехфазный мостовой преобразователь

Тольяттинский Государственный Университет

Электротехнический факультет

Кафедра «Промышленная электроника»

Пояснительная записка

к курсовому проекту

«Трёхфазный мостовой преобразователь»

Студент: Моторин С.К.

Группа: Э - 406

Преподаватель:          Бар В.И.

Тольятти 2003


Содержание

Введение

1. Анализ состояния, перспектив проектирования и разработки статических преобразователей средней мощности

2. Разработка структурной и принципиальной схем преобразователя

3. Расчёт токов и напряжений.

4. Расчёт семейства внешних характеристик

5. Расчёт сглаживающего фильтра выпрямителя при активной нагрузке. Выбор емкостей. Расчет сглаживающего дросселя

6. Электромагнитный расчет трансформатора

7. Выбор и расчет устройств защиты от аварийных токов и перенапряжений

8. Описание работы схемы управления

Заключение

Литература


Введение

В настоящее время в промышленных устройствах очень часто возникает необходимость получения постоянного тока из переменного тока. Данную функцию выполняют выпрямители. Выпрямителем называют устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток.

Целью настоящей работы является расчёт трехфазного управляемого выпрямителя, преобразующего входное напряжение до необходимой выходной величины с заданным коэффициентом пульсаций и величиной выходного тока, за счёт использования трансформатора напряжения, соответствующей вентильной выпрямительной схемы, фильтра гармонических составляющих выходного напряжения и системы защиты от перегрузок и коротких замыканий.


1. Анализ состояния, перспектив проектирования и разработки статических преобразователей средней мощности

На сегодняшний день существуют различные выпрямительные схемы статических преобразователей мощности. Разделение в основном идет на однофазные и трехфазные выпрямители, а также на неуправляемые и управляемые.

Неуправляемые выпрямители строятся на основе полупроводниковых диодов. Данные устройства не позволяют регулировать мощность, выделяемую в нагрузке. Управляемые выпрямители в качестве вентилей используют тиристоры. Применение данных полупроводниковых приборов позволяет регулировать мощность, выделяемую в нагрузке.

Трехфазные выпрямители используются при средних и больших мощностях. Применение трехфазных выпрямителей позволяет создать равномерную нагрузку на все три фазы сети; уменьшить пульсации выпрямленного напряжения; уменьшить расчетную мощность трансформатора, а также повысить коэффициент мощности.

Схема трехфазного однополупериодного выпрямителя (схема Миткевича) изображена на рис. 1.1. Она обладает невысокими энергетическими характеристиками. Частота пульсаций выпрямленного напряжения в три раза больше частоты питающего напряжения; установленная мощность трансформатора должна быть на 35% больше мощности в нагрузке, что значительно увеличивает его габариты; стержни магнитопровода трансформатора подмагничиваются в процессе работы выпрямителя. Наибольшее распространение получила схема трехфазного двухполупериодного мостового выпрямителя, представленная на рис. 1.2 (схема Ларионова). Данная схема обладает лучшими энергетическими показателями: частота пульсаций выпрямленного напряжения в шесть раз больше частоты питающего напряжения, что значительно снижает массогабаритные и стоимостные показатели фильтрующих устройств; установленная мощность трансформатора всего на 5% больше мощности в нагрузке; отсутствует подмагничивание стержней магнитопровода


трансформатора.

В табл. 1.1 приведены сравнительные характеристики выпрямителей различных типов, где: q0 - коэффициент пульсаций, Ia - среднее значение тока вентиля, Id - среднее значение выходного тока выпрямителя, Uобр - амплитуда обратного напряжения на вентилях, Ud - среднее значение выходного напряжения выпрямителя, ST - расчётная мощность трансформатора, Pd - значение мощности на нагрузке, N – минимальное число вентилей, m – пульсность напряжения.

Таблица 1.1

Основные характеристики выпрямителей

Тип выпрямителя
 m

N

Однофазный нулевой 2 2 0.67 0.50 3.14 1.34
Однофазный мостовой 2 4 0.67 0.50 1.57 1.11
Трёхфазный нулевой 3 3 0.25 0.33 2.09 1.34

Трёхфазный мостовой

(схема Ларионова)

 6 6 0.06 0.33 1.05 1.05
Двойной трёхфазный с уравнительным реактором 6 6 0.06 0.17 2.09 1.26

Таким образом, наибольшее применение нашла мостовая схема Ларионова, содержащая выпрямительный мост из шести вентилей.


2. Разработка структурной и принципиальной схем преобразователя

Основными элементами преобразователя являются трансформатор и вентили. Основное требование, предъявляемое к полупроводниковым преобразователям, в том числе и к выпрямителям - это надёжность, поэтому ввиду чувствительности приборов к перегрузкам, коротким замыканиям, перенапряжениям в схеме необходимо предусмотреть быстродействующие системы защиты. Необходимо выдерживать заданные параметры на выходе преобразователя. Для этого в схему включаются фильтры, датчики и системы сравнения выходных параметров преобразователей с заданными, и управления полупроводниковыми приборами. Согласно вышесказанному, составили структурную (рис. 2.1.) и принципиальную (рис. 2.2.) схемы полупроводникового выпрямителя.




3. Расчет токов и напряжений

3.1. Расчет токов и напряжений выпрямителя.

3.1.1 Выбрали минимальное значение угла управления aмин=10º.

3.1.2 Определили номинальное и максимальное значения угла управления:

aном=arccos(K1·cos aмин)=arccos(0,9·cos 10º)=27,585º                     (3.1)

aмакс=arccos(K1·)=arccos(0,9·)=36,317º            (3.2)

где              0,9;                                 (3.3)

1,1;                                                   (3.4)

где    Uc=220 В – напряжение сети, из задания;

          DUс=22 В – колебание напряжения сети 10%, из задания.

3.1.4 Рассчитали среднее значение выпрямленного тока в относительных единицах:

0,409.                  (3.5)

3.1.5 Вычислили значение выпрямленного напряжения холостого хода (ЭДС выпрямителя):

58,462 В,                                            (3.6)


где    Uн=32 В – напряжение на нагрузке из задания;

          DUd – суммарное падение напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя и активном сопротивлении тиристора; предварительно приняли DUd=6 В.

3.1.6 Определили амплитудное значение фазной ЭДС на вторичной обмотке трансформатора (соединение обмоток «звезда-звезда»):

35,346 В.                               (3.7)

3.1.7 Рассчитали индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора и угол коммутации:

0,018 Ом,                                     (3.8)

где    Id=Iн=800 А – номинальное значение выпрямленного тока;

            (3.9)

Повторили вычисления по пунктам 3.1.3 - 3.1.7 для значений =0,8; 0,75; 0,7; 0,60; 0,55; 0,50. Все полученные результаты занесли в табл.3.1.


Таблица 3.1

Промежуточные результаты расчета выпрямителя

aном, °

, В

, В

xg, Ом

gном, °

Idкз,А

S, В×А
33,166 0,8 0,150 47,5 28,718 0,005 16,881 5350 38850
0,75 0,236 50,667 30,633 0,009 24,560 3388 40970
0,70 0,323 54,286 32,821 0,013 31,506 2479 43440
0,65 0,409 58,462 35,346 0,018 37,979 1954 46420
0,60 0,496 63,333 38,281 0,024 44,135 1613 49700
0,55 0,583 69,091 41,772 0,030 50,078 1373 53710
0,50 0,696 76 45,95 0,038 55,888 1196 58520

По результатам расчетов таблицы 3.1, сделали следующие выводы: для уменьшения тока короткого замыкания Id.кз и уменьшения полной мощности трансформатора S, приняли значение выпрямленного напряжения в относительных единицах равным =0,65. Дальнейший расчет ведется для выбранных параметров.

3.1.8 Нашли наибольший выпрямленный ток короткого замыкания:

1963 А                                                    (3.10)

3.1.9 Определили ортогональные составляющие первой гармоники вторичного тока в относительных единицах:

0,207 (3.11)

                   (3.12)

0,314.                        (3.13)

3.1.10 Рассчитали действующее значение тока первой гармоники вторичной обмотки трансформатора (базисное значение тока):

612,947 А.          (3.14)

3.1.11 Нашли действующее значение тока вторичных обмоток трансформатора, соединенных «звездой»:

617,781 А.  (3.15)

3.1.12 Определили коэффициент трансформации трансформатора:

5,082.             (3.16)

3.1.13 Рассчитали действующее значение тока в первичных обмотках трансформатора, соединенных «звездой»:

121,562 А.                                                          (3.17)

3.1.14 Вычислили полную мощность трансформатора:

46,32 кВ·А.                    (3.18)

3.1.15 Определили угол сдвига первой гармоники входного тока относительно фазной ЭДС:

0,848 рад.                             (3.19)

3.1.16 Рассчитали активную мощность на входе выпрямителя:

30,4 кВ·А.   (3.20)

3.1.17 Нашли коэффициент мощности выпрямителя:

K=P/S=30,4/46,32=0,656.                                           (3.21)

3.1.18 Рассчитали среднее значение анодного тока:

Iа.ср=Id/3=800/3=266,666 А.                                         (3.22)

3.1.19 Определили максимальное значение анодного тока:

Iаm=Id=700 А.                                                                 (3.23)

3.1.20 Вычислили действующее значение анодного тока:

436,837 А.              (3.24)

3.1.21 Определили скорость спадания анодного тока в момент выключения вентиля:

-1541А/с. (3.25)


3.1.22 Рассчитали анодное напряжение в момент включения вентиля:

23,349 В.             (3.26)

3.1.23 Нашли анодное напряжение в момент выключения вентиля:

55,737 В.         (3.27)

3.1.24 Определили максимальное значение обратного анодного напряжения:

– 61,22 В.                                  (3.28)

3.1.25 Нашли действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения (a>0; Id>0; g≤60º):

(3.29)

где    -0,097;            (3.30)

-0,017;             (3.31)

n – номер гармоники выпрямленного напряжения, приняли n=6.

Аналогичные вычисления провели и для n=12,18. При этом получили:

Ud (12)=3,583 В; Ud (18)=2,992 В.

3.1.26 Определили действующее значение первой гармоники анодного напряжения:

. (3.32)

3.1.27 Рассчитали действующее значение n-й (n=6k±1) гармоники анодного напряжения:

,        (3.33)

где    0,152;              (3.34)

0,243                (3.35)

Аналогичные вычисления провели и для n=7. При этом получили следующий результат: Ua (7)=3,969 В.

3.1.28 Нашли действующее значение n-й (n=3k) гармоник анодного напряжения:

, (3.36)

где    0,061;                (3.37)

0,394                (3.38)

Аналогичные вычисления провели и для n=6. При этом получили следующий результат: Ua (6)=2,062 В.

3.2 Выбор тиристоров и охладителей

Выбор тиристоров осуществляется на основе следующих найденных расчетным путем величин:

- средний ток, протекающего через прибор Iа.ср=266,667 А,

- максимальное значение обратного анодного напряжения Uam=61,22 В,

- анодное напряжение в момент выключения вентиля 55,737 В,

- скорость спадания анодного тока в момент выключения вентиля

-1541 А/с.

Исходя из этих условий из справочника [2] с учетом 5%-го допуска требуемых разбросов параметров выбрали тиристоры Т-133-400 со следующими эксплуатационными параметрами:

- максимально допустимое напряжение в открытом состоянии   300 – 1600 В

- максимально допустимый средний ток в открытом состоянии  400 А


4. Расчет семейства внешних характеристик

4.1 Режимы работы выпрямителя

В работе трехфазного мостового выпрямителя можно выделить три режима работы: режим 2-3 (ток попеременно пропускают два или три вентиля); режим 3 (ток пропускают всегда три вентиля); режим 3-4 (ток попеременно пропускают три или четыре вентиля). С увеличением выпрямленного тока Id или индуктивного сопротивления xg при заданном напряжении питания Uпит, один режим работы выпрямителя переходит в другой. Внешняя характеристика выпрямителя представляет собой зависимость выпрямленного напряжения Ud от выпрямленного тока Id.

4.2 Внешние характеристики режима работы 2-3

Внешними характеристиками Ud=f(Id)  для режима 2-3 являются прямые линии, следовательно, каждую из них можно построить по двум точкам. Для построения первой точки (a=0°) примем Id=0, тогда вторая координата опишется уравнением:

.                                             (4.1)

Для построения второй точки каждой характеристики примем в относительных единицах . Тогда в абсолютных единицах:

0,2×1954 = 390,8 А,                                             (4.2)

где Iбаз=1954 А – базисное значение тока, равное току короткого замыкания при угле a=30°.

Семейство внешних характеристик выпрямителя при его работе в режиме 2-3 описывается уравнением:

. (4.3)

Воспользовавшись уравнением (4.3), рассчитали координаты точек при различных углах управления a для номинального параметра Edном. Результаты свели в табл.4.1.

Таблица 4.1

Внешние характеристики режима 2-3

Рассчитываемое напряжение Угол управления a, º
0 15 27,585 45 60 70 80

Ud1, В

 58,46 56,47 51,81 41,33 29,23 19,99 10,15

Ud2, В

 51,74 49,75 45,1 34,62 22,51 13,278 3,43

4.3 Внешние характеристики режима 3

Для a=0° граничной между режимами 2-3 и 3 является точка А, для которой координаты определяются так:

                                              (4.4)

                                              (4.5)

Для a=30° граничной между режимами 3 и 3-4 является точка В, для которой координаты определяются так:

                                           (4.6)

                                                 (4.7)

Промежуточные точки участка А-В внешней характеристики выпрямителя в режиме 3 описывается уравнением:

.                                                    (4.8)

Угол управления a для режима 3 является вынужденным и изменяется от 0° до 30°. Угол коммутации остается постоянным и равным 60°.

Участок границы между режимами 2-3 и 3-4 для токов Id>IdгрВ­ описывается тем же уравнением, что и участок А-В внешней характеристики. Максимальное значение тока при Ud=0:

.                                             (4.9)

Задаваясь значениями тока Id в диапазоне 846,1£Id£1692,2 найдем по формуле (4.8) значения Ud. Результаты свели в табл.4.2.

Таблица 4.2

Внешние характеристики режима 3

Id, A

 953,3 1100 1200 1300 1400 1500 1692,2

Ud, B

 43,81 38,51 35,78 32,56 28,67 23,79 5,07

4.4 Внешние характеристики режима работы 3-4

Режим работы 3-4 наступает при углах управления a ≥ 30º.

Рассчитаем характеристики углов управления, равных 30º и 45º по двум точкам. Для a=30º координаты точек:

- первая (точка В): Id=1400 A, Ud=28,67 В;

- вторая (на оси Id – точка КЗ): Id=1954 А, Ud=0 В.

Для a=45º координаты точек, по которым будет построена прямая: режим 3 заканчивается, когда g¹60º. При этом условии ток:

           (4.10)

Напряжение Ud=13,07 В нашли по формуле (4.8). Вторая точка находится на оси Id, поэтому Ud=0. Ток в относительных единицах:

.                                          (4.11)

По формуле (4.2) нашли значение Id=1887,56 А.

По основе данных пунктов 4.2-4.4, включающих табл.4.1-4.2, построили семейство внешних характеристик выпрямителя, которое изображено на рис.4.1. Здесь А – граничная точка режимов 2-3 и 3; B – граничная точка режимов 3 и 3-4.

Графики кривых и постоянной составляющих выпрямленного напряжения представлены на рис. 4.2.


Семейство внешних характеристик выпрямителя.

Рис4.1.

График кривых и постоянной составляющих выпрямленного напряжения.

Рис. 4.2.


5. Расчет сглаживающего фильтра выпрямителя при активной нагрузке

Первой гармоникой источника питания является гармоника напряжения питания при f(1)=50 Гц. Частота основной гармоники выпрямленного напряжения в 6 раз больше: f(6).

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения будем использовать индуктивно-емкостной фильтр с последовательным включением выпрямительного моста и дросселей фильтра, и параллельным включением конденсатора нагрузки (рис.2.2).

5.1.1 Рассчитали коэффициент пульсации на выходе выпрямителя (на входе сглаживающего фильтра):

;                                 (5.1)

;                              (5.2)

.                              (5.3)

5.1.2 Коэффициент пульсации на выходе согласно заданию Кп(6)=0,024%. Дальнейший расчет проведем по 6-ой гармонике.

5.1.3 Рассчитали минимальную индуктивность сглаживающего фильтра:

 Гн.                                   (5.4)


где    m=6 – номер гармоники выпрямленного напряжения;

w – круговая частота:

w=2·p·f=2·3,14·50=314 с-1,                                                     (5.5)

где    f=50 Гц – частота сети.

Приняли Lф=2 мкГн.

5.1.4 Определили коэффициент фильтрации:

,                                              (5.6)

где    КП=0,024 % – коэффициент пульсаций, согласно заданию.

5.1.5 Нашли емкость конденсатора фильтра:

27,597 Ф.                                      (5.7)

5.1.6 Корректировка величин индуктивности и емкости фильтра.

Величина емкости слишком большая, поэтому выбрали емкость конденсатора фильтра Сф=51×10-3 Ф. Пересчитали индуктивность сглаживающего дросселя:

 Гн.                           (5.8)

Определили индуктивность дросселей:

 Гн.                                             (5.9)

5.1.7 Амплитуда основной гармоники тока:

                             (5.10)

5.1.8 Выбор типа конденсатора.

В качестве конденсатора С7 (рис.2.2) сглаживающего фильтра выбрали из справочника [3] конденсатор К50-18 емкостью 51 мФ (согласно ряда Е24) и номинальным напряжением Uном= 82 В.

5.2 Расчет сглаживающего дросселя

Сглаживающий дроссель предназначен для уменьшения пульсаций выпрямленного тока. По обмотке дросселя протекают переменная и постоянная составляющие выпрямленного тока. Постоянная составляющая создает поток вынужденного намагничивания сердечника дросселя. Индуктивность дросселя зависит от величины этого магнитного потока. Чтобы ослабить эту зависимость, в сердечнике делают немагнитные зазоры (рис. 5.1). Для расчета сглаживающего дросселя предварительно задались следующими параметрами:

-  коэффициент заполнения окна магнитопровода: Kм=0,25;

-  коэффициент, характеризующий отношение высоты окна магнитопровода к ширине окна: K1=b/a=4;


- 


коэффициент, характеризующий отношение магнитного сопротивления зазора к магнитному сопротивлению стали: K2=10;

-  плотность тока в обмотке: jd=3·106 А/м2;

-  число витков обмотки дросселя: W=25;

-  относительная динамическая магнитная проницаемость стали: m*=700.

5.2.1 Длина немагнитного зазора:

16,3 мм.   (5.11)

5.2.2 Площадь поперечного сечения:

.                   (5.12)


5.2.3 Размеры сечения окна магнитопровода:

0,082 м = 82 мм;                            (5.13)

b=4·a=4·0,082=0,328 м;                                                                  (5.14)

5.2.4 Размеры сечения сердечника:

0,188 м = 188 мм.                                      (5.15)

5.2.5 Сечение меди в проводе:

 м2.                                                      (5.16)

5.2.6 Средняя длина витка обмотки:

1,439 м.                    (5.17)

5.2.7 Активное сопротивление обмотки:

2,564·10-3 Ом.                  (5.18)

5.2.8 Падение напряжения на активном сопротивлении обмотки:

DUа=2·Id·R=2·800·2,564·10-3=4,102 В.                                   (5.19)


5.2.9 Потери в меди обмотки дросселя:

DP=Id·DUа =800·4,102 = 1,641 кВт                                       (5.20)

5.3 Тепловой расчет сглаживающего дросселя

В связи с большим током дросселя приняли водяное охлаждение.

5.3.1 Количество охлаждающей воды для одного дросселя:

1,313·10-5 м3/с,          (5.21)

где    Т2 – температура воды на выходе; приняли Т2=50 ºС;

Т1 – температура воды на входе; приняли Т1=20 ºС.

5.3.2 Площадь сечения отверстия охлаждающей трубки:

6,564·10-6 м2                                    (5.22)

где    v – скорость потока воды; приняли v=2 м/с.

Выбрали трубки с прямоугольным отверстием, имеющую размеры 0,37´0,24 см2.

5.3.3 Проверка на турбулентность

Гидравлический эквивалент диаметра:

2,574·10-3 м,                     (5.23)


где    F – периметр трубки.

Рассчитали критерий Рейнольдса:

7800,                                             (5.24)

где    m* - кинематическая вязкость воды при средней температуре

Тср=(Т1+Т2)/2=35 ºС.

Так как Re=7800>2300, то движение воды турбулентное.

5.3.4 Коэффициент сопротивления шероховатости:

0,092,                           (5.25)

где    k=3 – коэффициент шероховатости.

5.3.5 Длина трубки одного дросселя:

l=lср.в·W=1,439·25=35,986 м.                                                 (5.26)

5.3.6 Перепад давления:

3,774·106 Н/м2      (5.27)


5.3.7 Рассчитали превышение температуры по формуле:

                                                                       (5.28)

Повышение температуры ts=tc+t=20+25=45° составляет меньше допустимой температуры класса изоляции «А»: t=105°С, что соответствует требованиям эксплуатации.


6. Электромагнитный расчет трансформатора

6.1 Основные электрические параметры трансформатора были рассчитаны в п.п. 3.1.6 и 3.1.9-3.1.16 (полная мощность S, действующие значения фазных токов первичных I1 и вторичных обмоток I2 и т.д.).

Выбрали двухобмоточный трансформатор с плоской магнитной системой стержневого типа со стержнями, имеющими сечение в форме симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность, и с концентрическим расположением обмоток. Магнитная система такого трехфазного трансформатора с обмотками.

В качестве магнитной системы выбираем трёхфазную шихтованную магнитную систему, схематически изображенную на рис.6.1, из холоднокатаной стали марки 3404 толщиной 0.35 мм. Провод обмотки сделан из алюминия. Обмотки соединены по схеме ''звезда-звезда''.

6.2 По табл. 1.9 [4] определили потери и напряжение короткого замыкания для рассчитанной полной мощности трансформатора (S=46,32 кВ×А). Получили PК= 2000 Вт, UК%= 5 %. Рассчитали реактивную составляющую напряжения короткого замыкания по формуле:

                                          (6.1)

6.3 По табл.2.2 [4] определили коэффициент заполнения kЗ, по табл. 2.4 [4] определили индукцию в стержнях трансформатора B, по табл.2.5 [4] определили коэффициент заполнения площади круга kКР, по табл.3.3 [4] определили коэффициент приведённой ширины k, по табл.3.12 [4] определили значение коэффициента β, по табл.4.5 [4] определили минимальное изоляционное расстояние a12.


Получили B= 1.575 Тл, kЗ= 0.965, kКР= 0.915, k= 0.787, β= 1.4, a12= 0.009 м. Приняли коэффициент приведения идеального поля рассеивания к реальному kР= 0.95. Рассчитали диаметр стержня по формуле:

  (6.2)

6.4 Рассчитали средний диаметр канала между обмотками по формуле:

,                                   (6.3)

где    а – коэффициент; по табл. 3.4 приняли a = 1,45.

6.5 Рассчитали радиальный размер обмотки низкого напряжения:

,     (6.4)

где    k1 – коэффициент; принимаем k1= 1.1.

6.6 Рассчитали высоту обмотки по формуле:

                                                           (6.5)

6.7 Рассчитали активное сечение стержня:

       (6.6)

6.8 Рассчитали количество витков первичных и вторичных обмоток по формуле:

              (6.7)

             (6.8)


6.9 Рассчитали сечение проводов первичных и вторичных обмоток.

                                                  (6.9)

,                                                          (6.10)

где    jd – плотность тока в обмотке; принимаем jd= 3×106 А/м2;


7. Выбор и расчет устройств защиты от аварийных токов и перенапряжений

Для защиты преобразователя от аварийных токов и перенапряжений использовали два вида устройств: автоматический выключатель QF1 и плавкие предохранители FU1-FU7 (рис.2.2).

7.1 Выбор автоматического выключателя

Автоматический выключатель включается в цепь первичных обмоток силового трансформатора. Выбор выключателя осуществляется из условий напряжения питания преобразователя (Uп=220 В), частоты питающей сети (f=50 Гц), действующего значения входного тока (I1ф=215,6 А), а также из условия отношения пускового тока к номинальному (Iпуск/Iн=2,5). Исходя из этих условий, выбрали из справочника [5] автоматический выключатель А37-15Б со следующими параметрами:

-  частота питающей сети                                                50 Гц;

-  номинальный ток выключателя                                   250 А;

-  уставка по току срабатывания электромагнитного расцепителя 2500 А;

7.2 Выбор плавких предохранителей

Выбор плавких предохранителей в цепи каждого тиристора осуществляем из условия действующего значения анодного тока. Из справочника [5] выбирали плавкий предохранитель ПП57-3767 с параметрами:

-  номинальный ток плавкой вставки                              400 А

-  номинальные потери мощности плавкой вставки      120 Вт

Для дополнительной защиты тиристоров в схему (рис. 2.2) включена демпфирующая RC-цепочка с подобранными параметрами. 


8. Описание работы схемы управления

Для коммутации тиристоров  в преобразователе  используется система управления, которая может быть одноканальной (в которой все тиристоры управляются одноканальным сигналом со сдвигом на 60 градусов), так и многоканальной - с раздельно  управляемыми тиристорами. Рассмотрим вертикальную синхронную систему управления со стабилизацией напряжения (рис.7.1.).

Напряжение с нагрузки Ud через датчик Д поступает на элемент сравнения. Также на вход элемента сравнения подаётся напряжение Uз с задатчика интенсивности ЗИ. Разница напряжений (Uз-Uос) поступает на усилитель У и усиленное напряжение управления Uу идёт на компаратор К. На другой вход компаратора подаётся опорное напряжение Uоп с генератора пилообразного напряжения ГПН, управляемого устройством синхронизации УС, подключенного к линиям сетевого напряжения Uс. Пока опорное напряжение больше напряжения управления на выходе компаратора присутствует отрицательное выходное напряжение Uвых-. По достижению равенства входных напряжений компаратора он опрокидывается и на формирователе импульсов Ф оказывается положительное напряжение Uвых+.

Этот перепад вызывает появление короткого управляющего импульса напряжения на выходе формирователя импульсов Ф, в дальнейшем усиливаемого усилителем импульсов УИ и подаваемого на систему распределения управляющих импульсов для тиристоров. В случае повышения выходного напряжения Ud управляющее напряжение Uу­ становится меньше, что вызывает увеличение угла управления aном на величину Da. Следовательно, произойдёт более позднее открывание тиристоров и снижение напряжения на нагрузке до номинального. Если возникает необходимость изменения выходного напряжения, это можно сделать путём изменения напряжения задатчика интенсивности Uз. 


Структурная схема системы управления


                                                Uоп

                                                                                                                   Uн,Iн

              Uзн-Ucу   Uу      Uу           фн

                  -Uc

                                                                             Uн

УС – устройство синхронизации

ГПН – генератор пилообразного напряжения

К – компаратор

Ф – формирователь импульсов

У - усилитель

УИ – усилитель импульсов

ЗЧ – задатчик интенсивности

Д - датчик

АВ – автоматический выключатель

В – выпрямитель


Заключение

Результатом расчета является трехфазный управляемый мостовой выпрямитель со следующими параметрами:

a =27,585º – угол управления тиристоров;

g = 37,979º – угол коммутации;

Uн =32 В – выпрямленное напряжение.

По данным расчета построили семейство внешних характеристик трёхфазного мостового выпрямителя во всём диапазоне нагрузок от холостого хода до короткого замыкания.

Тиристоры выбирали по найденным значениям среднего тока, протекающего через тиристор  и максимального обратного анодного напряжения. Исходя из этих условий, выбирали кремниевый тиристор Т133-400.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения до требуемого по техническому заданию уровня, Кп(6)= 0,024%, применили фильтр. Фильтр выполнен на конденсаторе К50-18 со следующими параметрами:

номинальное напряжение Uном = 82 В;

емкость конденсатора С = 51 мФ.

Рассчитали дроссели, с индуктивность L1=L2=1,5×10-3 Гн, охлаждение дросселя водяное, подача воды осуществляется от насосной установки с перепадом давления Dр=3,775 атм. 

Рассчитали трёхфазный трансформатор стержневого типа с концентрическими обмотками, соединением «звезда-звезда» на полную мощность S =46,320 кВ·А, число витков первичной обмотки равно 52, а вторичной - 21.

Для защиты от токов короткого замыкания и аварийных режимов работы выбрали плавкий предохранитель ПП57-3938 в цепь каждого тиристора из условия действующего значения анодного тока. В цепь первичных обмоток силового трансформатора выбрали выключатель А37-15.

Литература

1. Бар В.И. Проектирование ведомых сетью статических преобразователей средней и большой мощности. – Тольятти: ТолПИ, 1994. – 79 с.

2. Замятин В.Я. и др. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры. Справочник. – М.: Радио и связь, 1987. – 324 с.

3. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя. – Киев.: Наукова Думка, 1982. – 672 с.

4. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 543 с.

5. Намитоков К.К. и др. Аппараты для защиты полупроводниковых устройств. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 130 с.


Перечень элементов

Обозн.

 Наименование Кол-во Примечание
Тиристоры
VS1-VS6
Т-171-250
 6 О-181-110

Резисторы
R1-R6

ПЭВ-33Ом-5Вт

 6

Конденсаторы
С1-С6

СКМ-0,5мкФ-500В

 6
С7

К50-18-51мФ-82В

 1

Предохранители
FU1-FU6

ПП57-

 6

Выключатель
QF1

А37-15

 1