Расчет параметров выпрямительно-инверторного преобразователя, выполненного по шестипульсовой мостовой схеме

Размещено на http://www.allbest.ru/

МПС РФ

ИрГУПС

Кафедра: ЭЖТ

Курсовая работа

Расчет параметров выпрямительно-инверторного преобразователя, выполненного по шестипульсовой мостовой схеме

Дисциплина: "Электронная техника и преобразователи"

Выполнил:

Чуканов В.Г.

Иркутск

2002



Содержание

Задание

1. Схема ВИП

2. Требуется

3. Построить временные диаграммы

4. Расчёт проектных параметров трансформатора

4.1 Выпрямитель

4.2 Инвертор

5. Расчёт числа параллельно включенных вентилей плеча

5.1 Инвертор

6. Расчёт числа последовательно включенных вентилей

6.1 Выпрямитель

6.2 Расчет стоимости вентильного плеча выпрямителя

6.3 Инвертор



Задание

Трёхфазный мостовой выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) питается от сети с номинальным напряжением Uс=U1л и заданными пределами колебания этого напряжения %Uс. Известна мощность короткого замыкания Sкз, характеризующая реактанс связи точки подключения ВИП и шин бесконечной мощности энергосистемы.

Заданы следующие параметры и соотношения для ВИП:

Напряжение короткого замыкания трансформатора Uк%;

Среднее значение выпрямленного напряжения и тока в номинальном режиме (Udн, Idн);

Соотношение числа витков вентильных обмоток инвертора и выпрямителя Ки=U2и/U2в;

коэффициенты повторяющихся и неповторяющихся перенапряжений Кп, Кнп.

Номинальные мощности выпрямителя и инвертора одинаковы S1в=S1и.



1. Схема ВИП

Размещено на http://www.allbest.ru/



2. Требуется

Расчитать проектные параметры трансформатора и выбрать его по стандартной шкале мощностей.

Выбрать типы вентилей с воздушным охлаждение для выпрямителя и инвертора и, варьируя класс вентилей К, расчитать параметры вентильных плеч, обеспечивающих номинальный режим и устойчивость к перенапряжениям заданой величины и токам аварийных режимов выпрямителя и инвертора.

Определить наиболее дешёвый комплект вентилей.

Расчитать параметры цепей выравнивания обратных напряжений последовательно соединённых вентилей и выбрать схему выравнивания токов в паралельных ветвях вентильных плеч соответственно для выпрямителя и инвертора. Нарисовать схему вентильного плеча.

Выполнить расчёты и построение внешней характеристики выпрямителя, внешних и ограничительной характеристики инвертора, коэффициентов мощности выпрямителя и инвертора.



3. Построить временные диаграммы

Построить временные диаграммы фазных напряжений вентильных обмоток выпрямителя и инвертора с отображением коммутационных процессов, диаграммы токов в этих обмотках, мгновенных значений выпрямленного напряжения и напряжения инвертора, напряжения на одном из вентилей. Построить векторные диаграммы напряжения и первой гармоники сетевого тока для выпрямительного и инверторного напряжений.

При V=0 м/сек

При V=6 м/сек

При V=12 м/сек

Наилучшие технико-экономические показатели выпрямителя для

неуправляемоговентиля типа В2-320, обеспечиваются при скорости охлаждающего воздуха 12 и 6 м/сек. По диаграммам определяем тип неуправляемого вентиля: В2-320, при скорости охлаждающего воздуха 12 м/сек. Стоимость плеча: 502 руб., число вентилей плеча: 12. По таблицам для В2-320 выберем класс и индекс:

СТОИМОСТЬ ПЛЕЧА ВЫПРЯМИТЕЛЯ	ЧИСЛО ВЕНТИЛЕЙ ПЛЕЧА ВЫПРЯ МИТЕЛЯ
Класс	индекс	В2-320		5
	12	5		84
6	1	2005		72
7	2	1758		63
8	3	1566		57
9	4	1448		51
10	5	1313		48
11	6	1267		42
12	7	1127		39
13	8	1068		36
14	9	1002		33
16	10	951		30
18	11	894		27
20	12	832		24
22	13	763		21
24	14	688		21
26	15	709		18
28	16	626		18
30	17	644		18
32	18	663		15
34	19	568		15
36	20	582		15
38	21	597		15
40	22	612		12
42	23	502		12
Мин Стоимость плеча	502	Мин число вентилей	12

Для В2-320 класс:42, индекс: 23, стоимость плеча 502 руб., число вентилей 12.

Используя данные таблицы подстановок и построенные на данных таблицы диаграммы, выберем тип и класс неуправляемого вентиля, обеспечивающего наилучшие технико-экономические показатели инвертора при выбранном значении скорости охлаждающего воздуха 12 м/сек:

По диаграммам определяем тип неуправляемого вентиля: выберем инвертор типа Т-500, стоимостью 5108 руб., число вентилей плеча 90. По таблицам для Т-500 выберем класс и индекс:

СТОИМОСТЬ ПЛЕЧА ИНВЕРТОРА	ЧИСЛО ВЕНТИЛЕЙ ПЛЕЧА ИНВЕРТОРА
Класс	индекс	Т-500		Т-500
	5108,4	9		9
6	1	9630,867		230
7	2	8672,4		200
8	3	7848,867		175
9	4	7182,597		155
10	5	6695,92		140
11	6	6411,167		130
12	7	6096,64		120
13	8	5752,34		110
14	9	5647,18		105
16	10	5108,4		90
Минимальная стоимость плеча	5108	Минимальное число вентилей плеча	90

Для вентиля Т-500 класс: 16, индекс: 10, стоимость плеча 5108,4 руб., число вентилей плеча 90.

Для выпрямителя:

Тип неуправляемого вентиля: В2-320

I_уд = 7200,0 А

I_{о max} = 20,0 мА

U_o = 1,1 B трансформатор мощность вентиль инвертор

R_д = 0,00078 Ом

Скорость потока охлаждения воздухом V = 12 м/с:

Rт= 0,18 град.С/Вт

(допуст. прев.темп.)=100

Размещено на http://www.allbest.ru/

= 306

Для инвертора:

Тип управляемого вентиля: Т-500

Iуд = 7700,0 А

I_{о max} = 50,0 мА

U_o = 1,3 B

R_д = 0,0005 Ом

Скорость потока охлаждения воздухом V = 12 м/с:

R_т= 0,09 град.С/Вт

(допуст. прев.темп.)=85

= 470,8

Параметры ВИП и сети:

U_dн = 6600В

I_dн = 2000А

К_п = U_ком/U_вmax

К_п = 1,4

Колебания напряжения сети % от Uc = 14

Номинальное напряжения сети Uc,кВ = 110

Uк% (напр.к.з. трансформ.) = 13

К_нп = U_нп/U_вmax = 2,25

S_кз = 375 мВА

К_и = U_2и/U_2в = 1,25

= arccos(U_2в/U_2и) = 36,9 эл. гр



4. Расчёт проектных параметров трансформатора

4.1 Выпрямитель

U_do = U_dн/(1-0.5Uк%/100) (1)

где Udн - среднее выпрямленное напряжение при номинальной нагрузке

Uк% - напряжение короткого замыкания преобразовательного трансформатора

Udo = = 7058,8 В

Расчетная мощность выпрямителя.

Pdo = Udo*Idн (2)

где

Idн - номинальный ток выпрямителя;

P_do = (7058,8*1000) /1000= 7058,8 кВт

Действующее значение фазного напряжения вентильной обмотки трансформатора в режиме выпрямления.

U_2в = U_do/2,34 (3)

U_2в = 7058,8/2,34 = 3016,6 B

Действующее значение фазного тока вентильной обмотки трансформатора в режиме выпрямления.

I2в = 0,816*Idн (4)

I_2в = 0,816*1000 = 816,5 А

Расчётная мощность вентильной обмотки

S2 = 1,05*Pdо (5)

S2 = 1,05*7058,8 =7411,8 кВА

Коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора в выпрямительном режиме.

К_тв = Uc/(1,73*U_2в) (6)

где Uc - номинальное напряжение сети - 10 кВ

К_тв = 10000/(1,73*3016,6) =4,78

I_1н = I_2в/K_тв1(7)

I_1н = 816,5/4,78 = 170,6 A

Номинальная мощность сетевой обмотки.

S1н = 1,05*Pdo (8)

S1н = 1,05*7058,8 = 7411,8 кВА

Типовая мощность трансформатора.

S_т = S₁ = S₂ = 1,05*P_do (9)

S_т = 1,05*7058,8 = 7411,8 кВА



4.2 Инвертор

Номинальный ток инвертора.

I_ин = I_dн/K_и (10)

где Idн - номинальный ток выпрямителя. Ки-1,25

I_ин = 1000/1,25 = 800 А

Действующее значение фазного напряжения вентильной обмотки трансформатора в режиме инвертирования.

U_2и = U_2в*K_и (11)

U_2и = 3016,6*1,25 = 3770,7 В. Действующее значение фазного тока вентильной обмотки трансформатора в режиме инвертирования.

I2и = I2в/Kи (12)

I2и = 816,5/1,25 =653,2 А

Коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора в инверторном режиме.

К_ти = K_тв/K_и (13)

К_ти = 4,78/1,25 = 3,8

I_1н = I_2и /K_ти (14)

I_1н =653,2/3,8 = 170 А



5. Расчёт числа параллельно включенных вентилей плеча

Выбираем неуправляемый вентиль для выпрямителя: В2-320.

Выбираем управляемый вентиль для инвертора: Т-500.

Выпрямитель.

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора и сети приведённое к напряжению вентильной обмотки выпрямителя. Расчет числа параллельно включенных вентилей мостовой схемы ВИП

(15)

где Sкз - мощность короткого замыкания на шинах питающей сети

= 0,5363

Активное сопротивление фазы трансформатора и сети приведённое к напряжению вентильной обмотки выпрямителя

(16)

где =0,006*S_1н.

= 0,0307

Амплитуда установившегося тока короткого замыкания, протекающего через вентильное плечо выпрямителя

(17)

= 7942

Амплитуда тока аварийного режима выпрямителя

i_удв = К_уд*I_m (18)

где Куд - ударный коэффициент - 1.2

i_удв = 1,2*7942 = 9530 A

Число параллельно включенных вентилей в вентильном плече.

По току плеча.

N_пар1 = (I_dн/3)*К_н/I_п (19)

где К_н - 1,15

N_пар1 = (1000/3)*1,15/306 = округляем до 2

Принимаем 2 вентиля.

По i_удв.

N_пар2 = К_н*i_удв/I_уд (20)

где I_уд - ударный ток вентиля

N_пар2 = 1,15*9530/7700 = округляем до 2

Принимаем 2 вентиля.

По расчётам принимаем максимальное значение параллельных вентилей, а именно - 2.

Выберем максимальное значение:

N_пар.max = 2



5.1 Инвертор

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора и сети, приведённое к напряжению вентильной обмотки инвертора

X_аи = X_aв(К_и)² (21)

X_аи = 0,5363*1,25 = 0,8380 Ом

Активное сопротивление фазы и сети, приведённое к напряжению вентильной обмотки инвертора

R_аи = R_ав(К_и)² (22)

R_аи = 0,0307*(1,25)² = 0,0480 Ом

Число параллельно включенных вентилей в вентильном плече.

Расчёт по току плеча

N_пар1 = (I_ин/3)*К_н/I_п (23)

N_пар1 = (800/3)*1,25/470,8 = округляем до 1

Принимаем - 1. X_d = 6,28 Ом R_d = 0,016 Ом

Амплитуда тока аварийного режима выпрямителя

(24)

= 23910 А

Расчёт по току i_удп.

N_пар2 = К_н* i_удп /I_уд (25)

N_пар2 = 1,15*23910/7700 = 4

Из двух вычислений выбираем число вентилей - 4

Выберем максимальное значение:

N_пар.max = 4



6. Расчёт числа последовательно включенных вентилей

6.1 Выпрямитель

Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентильному плечу. Расчет числа последовательно включенных вентилей мостового ВИП

U_вmax = 1.045*U_do (26)

U_вmax = 1.045*7058,8 = 7376 B

Расчётный класс вентильного плеча

(27)

K_р = 1,4*7376/100 = 104

Введём выбранный нами класс неуправляемых вентилей К для выпрямителя: класс 16, стоимость вентиля 30.

Повторяющееся напряжение

Uп = 100*К

где К - класс неуправляемого вентиля

Uп = 100*16 = 1600 В

Неповторяющееся напряжение

U_нп = 116*К (28)

U_нп = 116*16 = 1776 В

Число последовательно включенных вентилей в вентильном плече

N_посл1 = К_н(1+Uc%/100)U_вmax*К_п/U_п (29)

где %Uс - колебания напряжения сети

N_посл1 = 1,15(1+14/100)*9221*1,4/1600 = округляем до 12

N_посл2=К_н(1+Uc%/100)U_вmax*К_нп/U_нп (30)

N_посл2=1,15(1+14/100)*9221*2,25/1776 = округляем до 18

N_посл.max = 18

По результатам расчёта получаем 18 последовательно включенных вентилей в плече.

6.2 Расчет стоимости вентильного плеча выпрямителя

Выбранный тип вентиля: В2-320

Общее число вентилей плеча: 90

Стоимость плеча(+10% для нелавинных вентилей): 419,1

Стоимость плеча с охладителями: 5108,4

6.3 Инвертор

Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентильному плечу

U_вmax = 4586 B

Расчётный класс вентильного плеча

K_р: 60

Введём выбранный нами класс управляемых вентилей К для инвертора: 16

Повторяющееся напряжение

Uп = 2000 В

Неповторяющееся напряжение

U_нп (для нелавинных) = 2220 В

Число последовательно включенных вентилей в вентильном плече

N_посл1=К_н(1+Uc%/100)U_вmax*К_п/U_п (31)

N_посл1=1,15(1+11/100)*4586*1,3/2000 = округляем до 5

N_посл2=К_н(1+Uc%/100)U_вmax*К_нп/U_нп (32)

N_посл2=1,15(1+11/100)4586*2,4/2220 = округляем до 8

N_посл.max = 8

Выбираем 8 последовательно включенных вентилей.

Размещено на Allbest.ru

...