Xreferat.com » Рефераты по физике » Трехфазный мостовой преобразователь

Сколько стоит написать твою работу?

Работа уже оценивается. Ответ придет письмом на почту и смс на телефон.

?Для уточнения нюансов.
Мы не рассылаем рекламу и спам.
Нажимая на кнопку, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности

Спасибо, вам отправлено письмо. Проверьте почту .

Если в течение 5 минут не придет письмо, возможно, допущена ошибка в адресе.
В таком случае, пожалуйста, повторите заявку.

Спасибо, вам отправлено письмо. Проверьте почту .

Если в течение 5 минут не придет письмо, пожалуйста, повторите заявку.
Хотите промокод на скидку 15%?
Успешно!
Отправить на другой номер
?Сообщите промокод во время разговора с менеджером.
Промокод можно применить один раз при первом заказе.
Тип работы промокода - "дипломная 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.

Трехфазный мостовой преобразовательСхема 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

Трехфазный мостовой преобразователь

Трехфазный мостовой преобразователь

Трехфазный мостовой преобразователь

Трехфазный мостовой преобразователь

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.

Трехфазный мостовой преобразователь


Трехфазный мостовой преобразователь


3. Расчет токов и напряжений


3.1. Расчет токов и напряжений выпрямителя.


3.1.1 Выбрали минимальное значение угла управления aмин=10є.


3.1.2 Определили номинальное и максимальное значения угла управления:


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

aмакс=arccos(K1·Трехфазный мостовой преобразователь)=arccos(0,9·Трехфазный мостовой преобразователь)=36,317є (3.2)

где Трехфазный мостовой преобразователь0,9; (3.3)

Трехфазный мостовой преобразователь1,1; (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:


Трехфазный мостовой преобразователь0,409. (3.5)


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


Трехфазный мостовой преобразователь58,462 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»):


Трехфазный мостовой преобразователь35,346 В. (3.7)


3.1.7 Рассчитали индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора и угол коммутации:


Трехфазный мостовой преобразователь0,018 Ом, (3.8)


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


Трехфазный мостовой преобразователь (3.9)


Повторили вычисления по пунктам 3.1.3 - 3.1.7 для значений Трехфазный мостовой преобразователь=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, °

Трехфазный мостовой преобразователь

Трехфазный мостовой преобразователь

Трехфазный мостовой преобразователь, В

Трехфазный мостовой преобразователь, В

xg, Ом gном, ° Idкз,А S, ВЧА
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 Трехфазный мостовой преобразователь=0,65. Дальнейший расчет ведется для выбранных параметров.


3.1.8 Нашли наибольший выпрямленный ток короткого замыкания:


Трехфазный мостовой преобразователь1963 А (3.10)


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


Трехфазный мостовой преобразователь0,207 (3.11)

Трехфазный мостовой преобразователь (3.12)

Трехфазный мостовой преобразователь0,314. (3.13)

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


Трехфазный мостовой преобразователь612,947 А. (3.14)


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


Трехфазный мостовой преобразователь617,781 А. (3.15)


3.1.12 Определили коэффициент трансформации трансформатора:


Трехфазный мостовой преобразователь5,082. (3.16)


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


Трехфазный мостовой преобразователь121,562 А. (3.17)


3.1.14 Вычислили полную мощность трансформатора:


Трехфазный мостовой преобразователь46,32 кВ·А. (3.18)


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

Трехфазный мостовой преобразователь0,848 рад. (3.19)


3.1.16 Рассчитали активную мощность на входе выпрямителя:


Трехфазный мостовой преобразователь30,4 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:


Трехфазный мостовой преобразователь436,837 А. (3.24)


3.1.21 Определили скорость спадания анодного тока в момент выключения вентиля:


Трехфазный мостовой преобразователь-1541А/с. (3.25)

3.1.22 Рассчитали анодное напряжение в момент включения вентиля:


Трехфазный мостовой преобразователь23,349 В. (3.26)


3.1.23 Нашли анодное напряжение в момент выключения вентиля:


Трехфазный мостовой преобразователь55,737 В. (3.27)


3.1.24 Определили максимальное значение обратного анодного напряжения:


Трехфазный мостовой преобразователь– 61,22 В. (3.28)


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


Трехфазный мостовой преобразователь(3.29)

где Трехфазный мостовой преобразователь-0,097; (3.30)

Трехфазный мостовой преобразователь-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:


Трехфазный мостовой преобразователь. (3.32)


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


Трехфазный мостовой преобразователь, (3.33)

где Трехфазный мостовой преобразователь0,152; (3.34)

Трехфазный мостовой преобразователь0,243 (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:


Трехфазный мостовой преобразователь, (3.36)

где Трехфазный мостовой преобразователь0,061; (3.37)

Трехфазный мостовой преобразователь0,394 (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 Трехфазный мостовой преобразователь55,737 В,

- скорость спадания анодного тока в момент выключения вентиля

Трехфазный мостовой преобразователь-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:


Трехфазный мостовой преобразователь. (4.1)


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


Трехфазный мостовой преобразователь0,2Ч1954 = 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:


Трехфазный мостовой преобразователь. (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, є

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:


Трехфазный мостовой преобразователь (4.4)

Трехфазный мостовой преобразователь (4.5)


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


Трехфазный мостовой преобразователь (4.6)

Трехфазный мостовой преобразователь (4.7)


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


Трехфазный мостовой преобразователь. (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:


Трехфазный мостовой преобразователь. (4.9)


Задаваясь значениями тока Id в диапазоне 846,1ЈIdЈ1692,2 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 ≥ 30є.

Рассчитаем характеристики углов управления, равных 30є и 45є по двум точкам. Для a=30є 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=45є координаты точек, по которым будет построена прямая: режим 3 заканчивается, когда g№60є. При этом условии ток:


Трехфазный мостовой преобразователь (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:


Трехфазный мостовой преобразователь. (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.

Трехфазный мостовой преобразовательРис4.1.


График кривых и постоянной составляющих выпрямленного напряжения.

Трехфазный мостовой преобразователь

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):


Трехфазный мостовой преобразователь; (5.1)

Трехфазный мостовой преобразователь; (5.2)

Трехфазный мостовой преобразователь. (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:


Трехфазный мостовой преобразователь 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:


Трехфазный мостовой преобразователь, (5.6)


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


5.1.5 Нашли емкость конденсатора фильтра:


Трехфазный мостовой преобразователь27,597 Ф. (5.7)


5.1.6 Корректировка величин индуктивности и емкости фильтра.

Величина емкости слишком большая, поэтому выбрали емкость конденсатора фильтра Сф=51Ч10-3 Ф. Пересчитали индуктивность сглаживающего дросселя:


Трехфазный мостовой преобразователь Гн. (5.8)


Определили индуктивность дросселей:

Трехфазный мостовой преобразователь Гн. (5.9)


5.1.7 Амплитуда основной гармоники тока:


Трехфазный мостовой преобразователь (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;


Трехфазный мостовой преобразователькоэффициент, 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:


Трехфазный мостовой преобразователь16,3 мм. (5.11)


5.2.2 Площадь поперечного сечения:


Трехфазный мостовой преобразователь. (5.12)

5.2.3 Размеры сечения окна магнитопровода:


Трехфазный мостовой преобразователь0,082 м = 82 мм; (5.13)

b=4·a=4·0,082=0,328 м; (5.14)


5.2.4 Размеры сечения сердечника:


Трехфазный мостовой преобразователь0,188 м = 188 мм. (5.15)


5.2.5 Сечение меди в проводе:


Трехфазный мостовой преобразователь м2. (5.16)


5.2.6 Средняя длина витка обмотки:


Трехфазный мостовой преобразователь1,439 м. (5.17)


5.2.7 Активное сопротивление обмотки:


Трехфазный мостовой преобразователь2,564·10-3 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:


Трехфазный мостовой преобразователь1,313·10-5 м3/с, (5.21)


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

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


5.3.2 Площадь сечения отверстия охлаждающей трубки:


Трехфазный мостовой преобразователь6,564·10-6 м2 (5.22)


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

Выбрали трубки с прямоугольным отверстием, имеющую размеры 0,37ґ0,24 см2.


5.3.3 Проверка на турбулентность

Гидравлический эквивалент диаметра:


Трехфазный мостовой преобразователь2,574·10-3 м, (5.23)

где F – периметр трубки.

Рассчитали критерий Рейнольдса:


Трехфазный мостовой преобразователь7800, (5.24)


где m* - кинематическая вязкость воды при средней температуре


Тср=(Т1+Т2)/2=35 єС.


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


5.3.4 Коэффициент сопротивления шероховатости:


Трехфазный мостовой преобразователь0,092, (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:


Трехфазный мостовой преобразователь3,774·106 Н/м2 (5.27)

5.3.7 Рассчитали превышение температуры по формуле:


Трехфазный мостовой преобразователь (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 кВЧА). Получили PК= 2000 Вт, UК%= 5 %. Рассчитали реактивную составляющую напряжения короткого замыкания по формуле:


Трехфазный мостовой преобразователь (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.

Трехфазный мостовой преобразовательПолучили 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:


Трехфазный мостовой преобразователь (6.2)


6.4 Рассчитали средний диаметр канала между обмотками по формуле:

Трехфазный мостовой преобразователь, (6.3)


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


6.5 Рассчитали радиальный размер обмотки низкого напряжения:


Трехфазный мостовой преобразователь, (6.4)


где k1 – коэффициент; принимаем k1= 1.1.


6.6 Рассчитали высоту обмотки по формуле:


Трехфазный мостовой преобразователь (6.5)

6.7 Рассчитали активное сечение стержня:


Трехфазный мостовой преобразователь (6.6)


6.8 Рассчитали количество витков первичных и вторичных обмоток по формуле:

Трехфазный мостовой преобразователь (6.7)

Трехфазный мостовой преобразователь (6.8)

6.9 Рассчитали сечение проводов первичных и вторичных обмоток.


Трехфазный мостовой преобразователь (6.9)

Трехфазный мостовой преобразователь, (6.10)


где jd – плотность тока в обмотке; принимаем jd= 3Ч106 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