Расчет предельного тока заданного вентиля. Расчет числа параллельно включенных вентилей по среднему току вентильного плеча выпрямителя и инвертора

Стр 1 из 3Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(СамГУПС)

Центр дополнительного профессионального образования

Курс «Электроснабжение железных дорог»

Контрольная работа

по дисциплине «Электронная техника и преобразователи»

Выполнил: Телепов В.С.

Проверил: Лабунский Л.С.

Самара 2018

Таблица 1

Исходные данные

к контрольной работе

№	Наименование исходных данных	Последняя цифра логина
		9
1	Схема преобразователя	Две обратные звезды с уравнительным реактором
2	Схема выпрямителя	С управляемыми вентилями
3	Угол регулирования тиристоров выпрямителя a	5
		Предпоследняя цифра логина
		0
4	Номинальное напряжение выпрямителя U_d_Н (a=0), В	3300
5	Номинальный ток выпрямителя I_d_Н, А	2000
6	Тип вентиля: а) для неуправляемого выпрямителя	ДЛ 123-320
6	б) для управляемого выпрямителя и инвертора	Т2-320
7	Скорость потока охлаждающего воздуха, V, м/с	0
8	Номинальное напряжение питающей сети, U_1Л, кВ	10
9	Колебания напряжения в питающей сети, DU_C, %	3
10	Коэффициент повторяющихся перенапряжений, К_П	1,65
11	Коэффициент неповторяющихся перенапряжений, К_НП	2,2
12	Напряжение к.з. трансформатора, u_КТ, %	6,1
13	Мощность к.з S_КЗ, МВА	250
14	Коэффициент повышения напряжения в режиме инвертирования К_И=U_2И/U_2В	1,15
15	Угол опережения инвертора	или

Выбор схемы проектируемого преобразовательного агрегата

ДН

Рис. 1.1 Выпрямительно-инверторный агрегат по схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором» и общей тиристорной группой (ВИПЭ-1)

2. Расчет параметров преобразовательного (тягового) трансформатора

Для выпрямительного режима

2.1. Напряжение холостого хода выпрямителя

где: А – коэффициент схемы, для шестипульсовых схем преобразователей А = 0,5

u_К=u_КТ+u_КС – напряжение короткого замыкания, %;

u_КТ – напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

u_КС – напряжение короткого замыкания питающей сети, %.

Для предварительного расчета следует принять u_КС = 0,5 u_КТ, т.е. u_К = 1,5 u_КТ.

u_К= 6,1+3,05=9,15%

u_КС = 0,5*6,1=3,05 %

(кВ)

2.2. Расчетная мощность выпрямителя

(кВт)

2.3. Действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора:

;

(кВ)

2.4. Действующее значение тока вторичной обмотки

;

(А)

2.5. Номинальная расчетная мощность вторичной обмотки

S_2В = 6U_2В×I_2В;

S_2В = 6 * 2,956 * 577,35 = 10239,89 (кВт)

2.6. Действующее значение фазного напряжения на сетевой (первичной) обмотке трансформатора

(кВ)

2.7. Коэффициент трансформации в режиме выпрямителя:

;

2.8. Действующее значение тока сетевой обмотки:

;

(А)

2.9. Номинальная мощность сетевой обмотки

S_1Н = S_1В = 3U_1Ф×I_1В.

S_1Н = S_1В = 3 * 5,77 * 418 = 7235,58 (кВА)

2.10. Типовая мощность трансформатора

(кВА)

По рассчитанной типовой мощности S_Т ближайшее большее стандартное значение мощности трансформатора 100 *10² кВА.

Для инверторного режима

В выпрямительном и инверторном режиме номинальная мощность трансформатора одинакова(S_1Н =S_1В=S_1И). Это выполняется, если номинальный ток инвертора будет меньше номинального тока выпрямителя.

2.11. Номинальный ток инверторного режима

(А)

2.12. Действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора:

U_2И= U_2В* К_И;

U_2И= 2,956 * 1,15 = 3,399 (кВ)

2.13. Ток вторичной обмотки

;

(А)

2.14. Коэффициент трансформации в режиме инвертора:

;

2.15. Ток первичной обмотки:

;

(А)

Расчет предельного тока заданного вентиля. Расчет числа параллельно включенных вентилей по среднему току вентильного плеча выпрямителя и инвертора

3.1. Расчет среднего тока вентильного плеча I_а.

Для выпрямительного режима

;

(А)

Для инверторного режима

;

(А)

3.2. Расчет предельного тока вентиля

Таблица 3.1

Тип вентиля	U₀, В	R_Д, мОм	R_п-к, ⁰С/Вт	I_уд, А	U_П, В	Qв, мкКл	DU_В, В	I_{обр.мах}, мА
Т2-320	1,36	0,9	0,05	8500	100-1400	300	2,1	20

Таблица 3.2

Тип вентиля	Рекомендуемый охладитель	Rк-о, ⁰С/Вт	Rо-с, ⁰С/Вт
			V=0 (естественное охлаждение)
Т2-320	ОА-026	0,01	0,52

- общее тепловое сопротивление

(⁰С/Вт)

Расчет предельного тока:

При a>0,

для тиристора в выпрямителе и инверторе

(А)

где U - пороговое напряжение [В],

R_д - динамическое сопротивление [Ом],

k_ф - коэффициент формы тока; отношение эффективного значения тока к средневыпрямленному; для трёхфазных выпрямителей k_ф =

Θ – допустимый перегрев: 100º С для диодов, 85º С для тиристоров,

- общее тепловое сопротивление [ºС /Вт].

3.3. Определение числа параллельно включенных вентилей по среднему току

Определение числа параллельно включенных вентилей производится по среднему току длительной нагрузки.

Число параллельно включенных вентилей по среднему току выпрямителя

Число параллельно включенных вентилей по среднему току инвертора

где К_Н – коэффициент неравномерного деления тока между параллельно включенными вентилями, К_Н=1,1…1,2;

К_V – коэффициент снижения скорости охлаждающего воздуха, К_V=0,9…0,95.

Полученные значения а_1В и а_1И округляем до целого в большую сторону.

Расчет тока короткого замыкания выпрямителя и ударного тока прорыва инвертора. Расчет числа параллельно включенных вентилей вентильного плеча выпрямителя и инвертора по токам аварийного режима

4.1. Расчет числа параллельно включенных вентилей выпрямителя по ударному току короткого замыкания

Ударный ток короткого замыкания определяется для режима глухого (металлического) короткого замыкания на шинах постоянного тока выпрямителя и для режима прорыва инвертора.

Максимальное значение ударного тока выпрямителя

i_уд.В=К_У×I_m,

i_уд.В= 1,2 * 12784,13 = 15340,96 ()

где I_m – амплитудное значение установившегося тока к.з., А;

К_У – ударный коэффициент, К_У=1,2…1,3.

Амплитудное значение установившегося тока короткого замыкания выпрямителя определяется по формуле:

(А)

где U₂_m – амплитудное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора;

Z_К – полное сопротивление цепи короткого замыкания.

(кВ)

;

(Ом)

индуктивное и активное сопротивление цепи короткого замыкания

Х_а.В= Х_С+ Х_ТР.В;

Х_а.В= 0,105 + 0,22 = 0,325 (Ом)

R_a.В= R_С+ R_TP.В;

R_a.В= 0,016 + 0,022 = 0,038 (Ом)

где: Х_С, R_C – индуктивное и активное сопротивление сети, Ом;

Х_ТР, R_ТР – индуктивное и активное сопротивление трансформатора, Ом.

;

(Ом)

;

(Ом)

;

(Ом)

;

(Ом)

DР_М=0,006S_1Н

DР_М= 0,006 * 7235,58 = 43,4 (кВА)

где: U_2В – действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора, В;

u_КТ – напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

S_КЗ – мощность короткого замыкания, МВА;

S_1Н – номинальная мощность первичной обмотки трансформатора, кВА; S_1Н = S_1В;

DР_М – потери короткого замыкания трансформатора, кВА.

Число параллельно включенных вентилей по ударному току короткого замыкания выпрямителя вычисляют по формуле:

где К_Н=1,1…1,2 – коэффициент неравномерного деления тока между параллельно включенными вентилями;

I_УД – максимально допустимое значение ударного тока заданного диода или тиристора, А.

Полученное значение а_2В округляем до целого в большую сторону.

4.2. Расчет числа параллельно включенных вентилей по ударному току прорыва инвертора

При прорыве инвертора ударный ток складывается из тока к.з. между фазами инвертора и работающего на рекуперацию локомотива. При этом в цепи ударного тока короткого замыкания инвертора оказывается включенным сглаживающий реактор РБФА-6500/3250 индуктивностью 4,5 мГ с индуктивным сопротивлением X_d=2,82 Ом и активным R_d=0,008 Ом.

Максимальное значение ударного тока прорыва инвертора:

;

=20377,1 (А)

где: U_2И – действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора в режиме инвертора, В;

f = 50 Гц – частота питающей сети;

t = 0,07…0,1 с – время отключения аварийного тока быстродействующим выключателем.

Индуктивное и активное сопротивление цепи короткого замыкания для этих схем при прорыве инвертора

Х_а.И=Х_С+Х_ТР.И;

Х_а.И= 0,105 + 0,29 = 0,395 (Ом)

R_a.И=R_С+R_TP.И;

R_a.И= 0,016 + 0,029 = 0,045 (Ом)

где: Х_С, R_C – индуктивное и активное сопротивление сети, Ом;

Х_ТР.И, R_ТР.И – индуктивное и активное сопротивление трансформатора в режиме инвертора, Ом.

Численные значения сопротивлений:

;

(Ом)

;

(Ом)

где: U_2И – действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора в режиме инвертора, В;

u_КТ – напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

S_КЗ – мощность короткого замыкания, МВА;

S_1Н – номинальная мощность первичной обмотки трансформатора, кВА; S_1Н = S_1И;

DР_М – потери короткого замыкания трансформатора, кВА.

Число параллельно включенных вентилей по ударному току прорыва инвертора:

где К_Н – коэффициент неравномерного деления тока между параллельно включенными вентилями, К_Н=1,1…1,2;

I_УД – максимально допустимое значение ударного тока заданного диода или тиристора, А.

Для снижения общего числа тиристоров в преобразователе, из четырех значений а_1В, а_2В, а_1И, а_2Ивыбираем наибольшее и принимаем а_В = а_И, равное этому значению.

а_В = а_И= 5

5. Расчет числа последовательно включенных вентилей вентильного плеча выпрямителя и инвертора. Расчет общего числа вентилей преобразовательного агрегата

Количество последовательно включенных вентилей зависит от максимального обратного напряжения вентильного плеча U_b._max с учетом перенапряжений, возникающих в схеме преобразователя, и от класса применяемого вентиля. Рекомендуется применение вентилей не ниже 6 и не выше 16 класса (U_П = 600…1600 В).

5.1. Расчет числа последовательно включенных вентилей в вентильном плече по повторяющемуся перенапряжению

U_П – повторяющееся обратное напряжение (не менее 600 В и не более 1600 В).

Максимальное обратное напряжение вентильного плеча:

Для выпрямителя

U_b.max.В = 2,09 * U_d0;

U_b.max.В = 2,09 * 3458 = 7227 (В)

Для инвертора

U_b._max.И = 2,09 * 1,17×U_2И;

U_b._max.И = 2,09 * 1,17 * 3399 = 8311,57 (В)

Число последовательно включенных вентилей по повторяющемуся обратному напряжению U_П:

для вентильного плеча выпрямителя

;

для вентильного плеча инвертора

;

5.2. Расчет числа последовательно включенных вентилей в вентильном плече по неповторяющемуся перенапряжению

Число последовательно включенных вентилей по неповторяющемуся обратному напряжению U_НП:

U_НП=1,16 U_П.

U_НП= 1,16 * 600 = 696 (В)

для вентильного плеча выпрямителя

;

для вентильного плеча инвертора

;

где: К’_Н – коэффициент неравномерности распределения напряжений между последовательно включенными вентилями; К’_Н = 1,1…1,15 для нелавинных вентилей; К’_Н = 1 – для лавинных;

DU_C – возможные отклонения напряжения в питающей сети, % (из исходных данных);

К_П – коэффициент повторяющихся перенапряжений (из исходных данных);

К_НП – коэффициент неповторяющихся перенапряжений (из исходных данных);

U_П – повторяющееся обратное напряжение для заданного вентиля, В [1, 2] или (приложение 1);

U_НП – неповторяющееся обратное напряжение для заданного вентиля, В;

Полученные значения b_2В и b_2И округляем до целого в большую сторону.

5.3. Выбор числа последовательно включенных вентилей в вентильном плече

Для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором», в которой применяется общая тиристорная группа (для снижения общего числа тиристоров в преобразователе), сначала из двух значений b_1В, b_2В выбирается наибольшее для выпрямителя и обозначается b_В, затем из двух значений b_1И b_2И выбирается наибольшее для инвертора и обозначается b_И.

b_В= 27

b_И= 31

Число последовательно соединенных тиристоров необходимо разделить на выпрямительную, инверторную и общую группы.

Для этого необходимо определить:

DU_b._max = U_b._max.И - U_b._max.В,

DU_b._max = 8311,57 – 7227 = 1084,57 (В)

и по величине DU_b._max определить число тиристоров выпрямительной группы b_ВС для нелавинных тиристоров и для лавинных тиристоров:

;

Полученные значения b_1ВС и b_2ВС округлить до целого в большую сторону, выбрать из них наибольшее и обозначить b_ВС.

b_ВС= 5

Число тиристоров в общей группе

b_o = b_В - b_ВС;

b_o = 27 - 5 = 22

и в инверторной группе

b_ИС = b_И - b_о;

b_ИС = 31 – 22 = 9

где: b_ВС – общее число тиристоров выпрямительной группы;

b_ИС – общее число тиристоров инверторной группы.

5.4. Расчет общего числа вентилей преобразовательного агрегата

Общее число вентилей преобразовательного агрегата складывается из вентилей выпрямителя и инвертора.

N = П * ( а_В * b_ВС+ а_И * b_ИС+ а_о * b_о).

N = 6 * ( 5 * 5 + 5 * 9 + 5 * 22 ) = 1080

где: П = 6 – число плеч 6-ти пульсового преобразователя;

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 1543; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!