Расчет выпрямителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет выпрямителя



1. Исходные данные

Назначение выпрямителя: Электрохимическая обработка металлов.

Выпрямленное напряжение: =24 В.

Мощность выпрямителя: номинальная =30 кВт, максимальная =45 кВт.

Схема выпрямления: рис. 2,а.

Охлаждение вентилей воздухом: V=0 м/с.

Питающее напряжение: =0,38 кВ.

Мощность короткого замыкания системы: =5 МВА.

Коэффициент пульсации: =4,0.

Коэффициент несинусоидальности: =5,0 %.



2. Расчет

2.1 Принципиальная схема преобразователя и выбор силового трансформатора

В соответствии с заданием следует разработать принципиальную схему преобразователя в соответствии с рис. 2. Так как число вентилей неизвестно, то в принципиальной схеме вентильное плечо изображается одним групповым полупроводниковым диодом.

Трансформатор к преобразователю выбирается по типовой мощности S_Т, которая зависит от схемы выпрямления и выходной номинальной мощности выпрямителя S_Н:

=1,34*30=40,2 кВА, (1)

где - коэффициент превышения расчетной мощности трансформатора, его значения приведены в табл. 1.

Таблица 1. Значения коэффициента для расчета мощности трансформатора

Схема выпрямления	Рис. 2, а	Рис. 2, б	Рис. 2, в
	1,34	1,05	1,26

Силовые трансформаторы в соответствии со стандартами выпускаются по специальной шкале мощностей и выбираются из условия .

Для выпрямителей при напряжении питания 1000 В и мощности до 500 кВт, устанавливаемых на вторых и выше этажах зданий, а также в пожароопасных помещениях, выбирают трансформаторы сухого исполнения, во всех остальных случаях с масляным охлаждением. Паспортные данные трансформаторов приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Тип	Мощ-ность SТ, кВА	Напряжение короткого замыкания Uк,%	Потери, кВт	Ток холостого хода IХ,%	Полная масса, т
			РХ	РК
ТСЗ-63	63	4,5	0,355	1,090	3,3	0,440

2.2 Определение значений среднего, эффективного и максимального тока вентильного плеча преобразователя

Эти значения определяются, учитывая малую тепловую постоянную нагревания вентилей, на основании максимальной мощности преобразователя. преобразователь трансформатор ток напряжение

Средний ток вентильного плеча равен

=45000/3*24=625 А , (2)

где N - число параллельно работающих плеч преобразователя (табл. 5).

Таблица 5. Значения числа параллельно работающих плеч преобразователя в зависимости от вида схемы

Схема преоб-разователя	Рис. 2,а	Рис. 2,б	Рис. 2,в
N	3	3	6

Эффективный ток вентильного плеча I_ЭП определяется как

=625*3=1875 А, (3)

где К_Э=3, так как во всех трех схемах (рис. 2) ток через плечо протекает в течение 1/3 периода.

Соответственно максимальный ток вентильного плеча равен

=1875 А.

2.3 Определение тока короткого замыкания и времени его действия

За расчетный режим для определения значения тока короткого замыкания принимается режим короткого замыкания на нагрузке. Расчет ведется по эквивалентной схеме для одной фазы на стороне выпрямленного напряжения (рис. 3)

(4)

где I_КЗ - эффективное значение установившегося тока короткого замыкания, A; Z_С, Z_Т - сопротивления соответственно внешней сети и трансформатора, Ом; U_Ф2 - эффективное значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора, В,

=24/1,17=20,51 В, (5)

где - коэффициент схемы (табл. 6).

Таблица 6. Значения К_сх в зависимости от вида схемы преобразователя

Схема преобразователя	Рис. 2,а	Рис.2,б	Рис.2,в
	1,17	2,34	1,17

Рис. 3. Эквивалентная схема определения

Сопротивление внешней сети зависит от мощности короткого замыкания системы

=3*20,51²/5000000=0,00025 Ом, (6)

Сопротивление трансформатора

=3*20,51²*4,5/6300000=0,0009 Ом. (7)

Для схемы с уравнительным реактором полученное значение следует удвоить, так как в режиме короткого замыкания работает только половина обмотки трансформатора.

=20,51/0,00205=10004 А

Для выбора вентилей необходимо знать амплитудное значение тока короткого замыкания :

- в случае, если защита срабатывает в течение времени не превышающем 10 мс;

- в случае, если защита срабатывает в течение времени 10 мс и более.

Первый случай соответствует применению в качестве защиты от токов замыкания быстродействующих плавких предохранителей или быстродействующих автоматических выключателей. Быстродействующие плавкие предохранители можно применять, если соблюдается соотношение

Iкз/Iэф==15,04>12. (8)

2*1,41*10004=28211,2 А

При обычных предохранителях и выключателях время срабатывания защиты составляет 40-60 мс.

2.4 Определение максимального обратного напряжения на вентильном плече преобразователя

При определении максимального обратного напряжения на вентильном плече учитывают, что возможно в соответствии со стандартом на питающее напряжение его повышение на 5% и что в режиме холостого хода преобразователя на его выходе также будет иметь место повышенное, примерно на 5 %, напряжение.

Для схемы на рис. 2,a =55,3 В;

2.5 Выбор типа вентиля

Выбираем вентиль Д133-800

Паспортные данные:

Конструктивное исполнение: таблеточный.

Выпрямляемый ток: I_dв=800 А.

Эффективный ток: I_э=2280 А.

Номинальное напряжение: U_r=(1,0-4,0) кВ.

Ток КЗ: i_кз.а.в=5700А, при номинальной температуре p-n-перехода Т=140єС.

Падение напряжения на вентиле: U_пр=1,2 В.

Сопротивление: r=57*10^-5 Ом.

Обратный ток: I_обр=50 мА.

2.6 Расчет количества вентилей в плече и схемы их включения

а) число последовательно включенных вентилей:

N_c=U_rmax/0,7*U_rb=55,3/1000*0,7=0,079 принимаем N_c=1 шт;

б) число параллельно включенных вентилей: из трех условий выбираем большее

N_п>I_dn/(I_db/3)= 625 /266,7=2,34;

N_п>I_эп/(I_эв/3)= 1875/760=2,46

N_п>i_{кз а}/i_кз.а.в=28211,2/12000=2,35

Принимаем N_п=3 шт.

2.7 Выбор выходного фильтра и расчет его параметров

Выбираем Г-образный фильтр

Рис. 3. Схема Г-образного выходного фильтра.

Индуктивность фильтра:

L_d=k_n*R_nmax/100*2рfn где,

R_nmax=(2ч3)Udn/Idn=3*24/625=0,11

L_d=25*0,11/100*942=0,00003 мГн

Коэффициент пульсации для Г-образного фильтра: К_п=25%

Круговая частота первой гармоники пульсации выпрямленного напряжения: 2рfn=942

Емкость фильтра: C=s_c+1/(2рfn)²*L_d , где

S_c=К_п.вх/К_п.вых=25/5=5

С=(5+1)/(942²*0,03*10^-3)=63,2 мФ

К_п.вх , К_п.вы - коэффициенты пульсации напряжения на входе и выходе фильтра соответственно.



2.8 Расчет параметров входного фильтра

Рис. 4. Схема входного фильтра.

а) канонические гармоники тока: I_1n=S_t/v3*U₁*n, где

S_t - мощность трансформатора, U₁ - первичное напряжение трансформатора, n=km+1 - номер гармоники входного тока, зависящий от числа фаз выпрямителя, m - число фаз выпрямителя (3 или 6), k - целое число (1, 2, 3, 4),

I_1.4=63000/v3*380*4=24 А

I_1.7=63000/v3*380*7=13,7 A

I_1.10=63000/v3*380*10=9,6 A

I_1.13=63000/v3*380*13=7,4 A

Определим: Z'_с- сопротивление системы внешней сети, приведенное к входному напряжению, т.е. ко входу трансформатора, где установлены фильтры; К'_нс - коэффициент несинусоидальности при отсутствии фильтра:

Z'_c=U²/S_кз=380²/5*10⁶=0,029 Ом

К'_нс=(1,5ч2)*S_t/S_кз=(2*63000/5*10⁶)*100% = 2,5 %

б) находим активные сопротивления индуктивностей контуров, настроенных на соответствующую гармонику:

r_n=(K_нс'/К_нс)*Z_c'*n

r₄=(2,5/5)*0,029*4=0,058 Ом

r₇=0,5*0,029*7=0,1015 Ом

r₁₀=0,145 Ом

r₁₃=0,1885 Ом

в) находим индуктивности контуров, настроенных на соответствующие гармоники:

L_n=r_n*Q/2рfn, где

Q=(10ч100) - добротность индуктивности контура, принимаем Q=100

L₄=0,058*100/2*3,14*50*4=4,6 мГн

L₇=0,1015*100/314*7=4,6 мГн

L₁₀=0,145*100/314*10=4,6 мГн

г) находим емкости контуров:

С_n=1/ (2рfn)²*L_n

C₄=1/(2*3,14*50*4)²*4,6*10^-3=137,8 мкФ

С₇=1/(314*7)²*4,6*10^-3=45 мкФ

С₁₀=22 мкФ

С₁₃=13 мкФ

д) проверка по допустимой емкости:

?С_n?C_доп

С_допщ=P_d*sinц/U₁²*щ=30000*0,367/380²*314=242,8 мкФ

С_n=217,8 мкФ

217,8<242,8 , где sinц=0,367 при cosц=0,93

Библиографический список

1. Коротков В.Ф. Автоматическое регулирование в электроэнергетических системах. Учебник для вузов. 2013 год - 192 с.

2. Матюнина Ю.В., Кудрин Б.И., Жилин Б.В. Электроснабжение потребителей и режимы. Учебное пособие. 2013 год - 411с.

3 Розанов Ю.К., Старшинов В.А., Серебрянников С.В. и др. Основы современной энергетики. Том 2. Современная электроэнергетика. Учебник для вузов. 2014 год - 632с.

4. Темников А.Г., Бортник И.М., Белогловский А.А. и др. Электрофизические основы техники высоких напряжений. Учебник для вузов. 2010 год - 704с.

5. Основы преобразовательной техники [Электронный ресурс]: учебное для студентов вузов, обучающихся по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» /О.З. Попков.-3-е изд., стер.-М.: Издательский дом МЭИ, 2010.-200с.-Загл.с домашней страницы Интернета.-Электрон. версия печ. публикации. - http://nelbook.ru/.

6. Задачник по электротехнике. Новиков.П.Н., Кауфман В.Я. - М.: Издат. центр «Аккдемия», 2013.-336с.

7. Сидоренко Э. Т., Денисова Н. В. Полупроводниковые преобразовательные устройства в системах электроснабжения промпредприятий. Учебное пособие. Казань: Изд. отдел КФ МЭИ, 1997.

Размещено на Allbest.ru

...