Проектирование тиристорного выпрямительного агрегата

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. П. ОГАРЁВА

ФАКУЛЬТЕТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

ПО КУРСУ « СИЛОВОЙ  ЭЛЕКТРОНИКИ »

студента  4-го курса заочного отделения

направления подготовки бакалавров

Специальность: Электроэнергетика и Электротехника

 

 

 

Автор

Русаков М.Г.

 

Название работы
Проектирование  тиристорного  выпрямительного  агрегата.

 

Принял
		Нестеров   С.А.
Работа принята	«__» _______ 2014 г.
Оценка

 

 

 

 

 

 

САРАНСК 2014 г.

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. П. ОГАРЁВА

ФАКУЛЬТЕТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОНИКИ И  НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

УТВЕРЖДАЮ

 

                      С.А. Нестеров             

 подпись, инициалы, фамилия

_______                                                                   

      дата                             

                                                                               

ЗАДАНИЕ

на выполнение курсовой  работы

 

студенту Русакову  Максиму Геннадьевичу

4-го_курса,    401                   группы,  специальности   13.03.02             

 

Место выполнения работы МГУ им. Н. П. Огарёва, ФЭТ

 

1	Проектирование  тиристорного  выпрямительного  агрегата .
2	Ud = 230В; Id = 315A; B(%) = 2; Охлаждение  естественное.

 

 

 

Преподаватель		Нестеров С.А.
Задание к исполнению принял

 

 

                                             

 

                                                    Содержание

1    Введение	2
2    Исходные данные	5
3   Определение  предварительных  данных	6
4    Расчёт  реактора	8
5    Расчёт  вентилей	12
6    Уточняющий  расчёт	15
7    Выводы	18
Список  использованной  литературы	19

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                          1  Введение

 

Управляемые (регулируемые) выпрямители.

Регулируемыми выпрямителями называются преобразовательные устройства, совмещающие функцию выпрямления переменного напряжения с регулированием (или стабилизацией) напряжения на нагрузке. Простейшие схемы регулируемых выпрямителей образуются из соответствующих схем нерегулируемых выпрямителей при полной или частичной замене полупроводниковых выпрямительных диодов тиристорами.

При  больших   мощностях   нагрузки  и  напряжениях  более  100В  на  выходе  выпрямителя  наиболее   эффективной  схемой  является  схема трехфазного регулируемого выпрямителя, обладающего высокой экономичностью и сравнительно небольшими массогабаритными показателями сглаживающего фильтра, приведена на рис. 1. Мостовая схема на рис. 1, содержит три тиристора с объединенными катодами и тиристора  с объединенными анодами .   На  схеме указаны  все  основные  токи  и  напряжения  в  выпрямителе.

Рис. 1. Трехфазная мостовая схема выпрямления (схема Ларионова). 

 

Помимо  всего  прочего  перечислим  основные  расчётные  соотношения  для  данной  схемы используемые  в  этом  расчёте.

 –коэффициент  преобразования  по напряжению([1] ст113),

а  также обратная величина    ≈ 0.43  коэффициент  фазной э.д.с. [4],

   коэффициент  преобразования  по току                     ([1] ст112),

 – пульсность  произведение  числа  фаз на  число  выпрямляемых  полупериодов  ([1] ст73),

Где :   - фазность трансформатора выпрямителя,

- полупериодность,

- коэффициент  пульсаций  при угле регулирования , где- номер гармоники в выпрямленном  напряжении  по отношению  к  периоду  сетевого  напряжения , а - номер гармоники в выпрямленном  напряжении  по отношению  к его  периоду. В нашем случае находим  пульсацию основной  гармоники т.е =1 ([1] ст154. [4] ст44 )  , откуда

- коэффициент  пульсаций  основной  гармоники  при угле регулирования ,где  основная  гармоника  является  шестой гармоникой по отношению  к  периоду  сетевого  напряжения.

- средневыпрямленное  напряжение при угле регулирования ,

- средневыпрямленное  напряжение при угле регулирования    ([4] ст31),

 –обобщённое   уравнение   внешний  характеристики  учитывающие  потери  напряжения  в трансформаторе  вентилях  и  фильтре.  Где   дифференциальное  сопротивление вентиля, активное  сопротивление  фильтра (реактора), пороговое  напряжение  на  вентиле (U(ТО) ) , активные  сопротивления  обмоток  трансформатора  приведённые  к  вторичной  стороне,   эквивалентное  внутренние  квазиактивное  сопротивление зависящее  от анодного  сопротивления  трансформатора    и  определяющие  потери  напряжения  при  коммутации  ([1] ст126), 
- коэффициент  обратного  напряжение  на  вентиле ([1] ст112), 

 

– средние  значение  анодного тока вентиля,  где - коэффициент  амплитуды ([1] ст94),

 

 – действующие значение  анодного  тока  вентиля ,  где  - коэффициент  формы  при  , ([1] ст 94),

 

 – максимальное  значение  тока  вентиля ([1] ст112), ,

 

 угол  коммутации  возникающей  в  схеме  с реальными  элементами  из за  наличия  индуктивности  рассеяния  трансформатора      ([1] ст 194).

Временные диаграммы токов и напряжений в схеме регулируемого с  трехфазного выпрямителя при активно – индуктивной  нагрузке  приведём  на рис.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2  Диаграммы токов и напряжений  при а < π/3 и (La≠0, Ld = ص, ra = 0). 

 

      Как  видно  из  рис. 2  в фазных напряжениях в моменты коммутаций появляются провалы и выбросы.  На диаграммах видны провалы и

выбросы в фазных и линейных вторичных напряжениях при синусоидаль-

ных первичных напряжениях.  Также  при наличии  индуктивности  рассеяния  трансформатора  помимо  угла  регулирования- α появляется  угол  коммутации -ϒ

    Определим  первичные  данные.

         Так  как  в задании   дан большой ток нагрузки  Id = 315 А  и  достаточно  большое напряжение  на  нагрузке  Ud = 230 В   при  частоте    50 Гц , то выбираем  трёхфазную  мостовую   схему .  Дополнительно   задаемся  температурой   окружающей   среды  Та = 20 оС  и  кратностью  перегрузки  вентилей  не  меньше 3* Id за  время  срабатывания  защиты в  20 мс  больше.

Для   обеспечения  заданного  коэффициента  пульсаций  β(%) = 2  применим  индуктивный  фильтр.

Расчёт  выпрямителя  будем  производить  в  два  этапа . На  первом  этапе  определяем   предварительный  угол  регулирования  для  стабилизации  напряжения, выходные  напряжения  с трансформатора. Задаемся  анодным  сопротивлением  трансформатора,   определяем  предварительную  индуктивность  реактора.   Рассчитываем  реактор  взяв  его  индуктивность  с  некоторым  запасом  из-за  увеличения  пульсирующего  напряжения   в  связи  с  дополнительным  углом  коммутации .  Рассчитываем  вентильный  блок  взяв  параметры  вентилей  с некоторым  запасом по мощности . Проверяем  вентили на выдерживания  перегрузки .

На  втором  этапе  производим  уточняющий  расчёт  выходных  напряжений  с трансформатора   с  учётом  потерь  напряжения  на  реальных элементах  выпрямителя,  уточняем  класс вентилей  и  угол  регулирования,  определяем  требуемую  индуктивность  реактора  для  удержания  коэффициента  пульсаций не  ниже  заданной , а  также  находим  КПД  выпрямителя.

 

 

 

                                     2  Исходные  данные

Исходными для проектирования являются следующие данные:

• схема выпрямления – трёхфазная  мостовая;
• выпрямленное напряжение - Ud = 230 В;
• ток нагрузки - Id = 315 А;
• частота питающей сети - 50 Гц;
• величина коэффициента  пульсаций  β(%) = 2
• охлаждение естественное;
• температура окружающей среды - Та = 20 оС;
• кратность перегрузки – 3. 
  

 

                  3   Определим   предварительные   данные

 

1. Определяем   изменение  угла  регулирования α тиристора  при  изменении  сетевого  напряжении  для  поддержания  в  нагрузке  постоянного  напряжения.

Колебание  напряжения   в сети может  достигать  . Тогда минимально возможное действующие фазное  напряжение  на  вторичной  обмотке  трансформатора  должно  быть:   при  минимальном  угле открытия α=0.

Максимальное  фазное  напряжение  тогда  будет на  20% больше минимального:

  .  Напряжения  (    , )   подлежат  коррекции  с  учётом  потерь  напряжения  на реальных элементах.

Средневыпрямленное напряжение  на  нагрузке  с учётом  угла регулирования:

 

где

откуда 

тогда  угол  регулирования : 

 

 

2. Определим   индуктивность   реактора.

 

-  коэффициент  пульсаций задан  не  хуже  0.02  (2%)

Откуда:    - амплитуда  первой  гармоники  пульсаций  выпрямленного  тока , являющиеся  в  шестипульсном   выпрямителе  шестой  гармоникой   по  отношению  к  частоте   напряжения  питающей  сети. Эта  гармоника  тока  определяется  через  шестую  гармонику  в  выпрямленном  напряжении  сети.

Амплитуда  шестой  гармоники  напряжения  определяется :

 

 

 

При самом наихудшем варианте когда напряжение возрастёт  с минимума  до  максимума  .

 

 

 

Амплитуда  шестой  гармоники  будет:

 

Oбщее  индуктивное сопротивление  контура  выпрямленного  тока:   

Откуда  общая индуктивность:

 

В этом значении имеется доля удвоенной  анодной  индуктивности                                      ( индуктивности   рассеивания )   трансформатора  которая  неизвестна.

 

Задаемся  анодной  индуктивностью  трансформатора  и  индуктивностью  реактора .

Принимаем  анодную  индуктивность   тогда анодное  сопротивление   составит        . Учтём  это анодное  сопротивление при  расчёте  трансформатора.

С  учётом  анодной  индуктивности  определим  индуктивность  сглаживающего  реактора.

Тогда    .

Индуктивность подлежит  коррекции  с  появлением  угла  коммутации ϒ амплитуда   шестой  гармоники  увеличится  и  индуктивность  придётся  взять  больше   Зададимся с  запасом индуктивностью   для  лучшего  сглаживания  пульсаций.

 

3. Определяем предварительные параметры  работы  трансформатора.

- действующие  значение  тока  во вторичной    обмотке трансформаторе.

– минимально возможное действующее    фазное  напряжение  на  вторичной  обмотке  трансформатора , оно  подлежит  исправлению   с  учётом  потерь  напряжения на  реальных  элементах.

Анодное сопротивление  трансформатора    полученное  ранее                    , где   напряжение  короткого  замыкания     будет определятся  из выражения ,  откуда   при  заданных  первичных  напряжениях .

 

 

4. Определяем  предварительно  класс  вентиля.

 

Определим  предварительное  максимальное  обратное напряжение  на  вентиле , в дальнейшем  уточним  это  значение : 

 

 

 

Определяем значение повторяющегося импульсного напряжения  U’RM  на вентиле:

U’RM = KР   * U’WM  =2*

где КР =2 коэффициент запаса по напряжению для  тиристора выбирается из условия   КР  = 1.6.…2 .

По величине URM , округленной до сотен вольт в большую сторону, определяем предварительно  класс вентиля по напряжению :