Курсовая работа (т): Проектирование и расчет надежности тиристорного преобразователя

Выражение (7) позволяет определить коэффициенты согласования по напряжению для различных схем выпрямления.

(8)

Численное значение относительной величины вторичного расчётного напряжения , для проектируемой схемы, рассчитанное по выражениям (6) и (8) равно .

Расчётное значение .

Основными показателями при выборе тиристоров по напряжению является значение максимального напряжения, прикладываемого к тиристору в закрытом состоянии . Отношение назовём коэффициентом использования вентилей по напряжению . Очевидно, что при заданном , чем ближе  к единице, тем на меньшее напряжение выбираются тиристоры по каталогу. Для большинства трёхфазных схем выпрямленное значение  определяется амплитудой вторичного линейного напряжения (). Используя известное соотношение амплитуд и действующих значений напряжений в трёхфазной симметричной системе  и выражение (6), было рассчитано численное значение .

Выбор тиристоров по току в идеальной схеме осуществляют по предельно возможному значению среднего тока, протекающему через него.

,        (9)

Для большинства схем - .

          (10)

где:

 - угол проводимости тиристора, определяемый по диаграммам работы схемы; . Тогда:

Обычно токовую нагрузку тиристоров определяют через коэффициент использования тиристоров по току.

,     (11)

Для рассматриваемой схемы коэффициент использования тиристоров по току .

Для различных схем выпрямления продолжительность открытого состояния (угол ) и форма тока различны. Это означает, что при равных значениях токов через вентили их действующие значения могут отличаться. Как известно, эффективность (действующее значение) тока вентиля определяется выражением:

   (13)

Относительное значение действующего тока вентилей:

,        (14)

Для рассматриваемой схемы коэффициент относительной эффективности тока тиристоров (взят из справочной таблицы).

.3 ВЫБОР СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Выбор силовых трансформаторов преобразовательных схем осуществляется по каталогам, исходя из следующих данных:

§  схема соединения обмоток трансформатора;

§  значение первичного напряжения ;

§  расчетное значение типовой мощности трансформатора , где  - число фаз первичной и вторичной обмоток соответственно;

Относительное значение типовой мощности трансформатора назовем коэффициентом использования трансформатора в выпрямительной схеме.

,      (15)

.4 РАСЧЕТ ИДЕАЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Всем расчётным параметрам присвоен индекс «и», что означает, что расчёты выполнены для идеальной схемы.

Используя данные справочной таблицы и соответствующие расчетные формулы для проектируемого преобразователя получим:

Действующее значение ЭДС вторичных обмоток трансформатора

;

Максимальное напряжение, прикладываемое к тиристору в закрытом состоянии

.

Среднее значение тока через тиристор

.

Эффективное значение тока через тиристор

.

Типовая мощность трансформатора

.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

При эксплуатации тиристорных преобразователей в реальных условиях возникают отклонение напряжения и тока от расчётных значений за счёт неидеальности элементов схем и действия внешних возмущений (колебания сетевого напряжения, температуры окружающей среды  и воздействия токовых перегрузок). На стадии проектирования при определении параметров схем вводят ряд коэффициентов запаса, каждый из которых позволяет учесть влияние определённых эксплуатационных факторов.

Уточнение величины фазного напряжения на вторичных обмотках трансформатора осуществляется с помощью выражения:

,   (16)

где:

 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжение сети , заданное в техническом задании.

;

Рассчитав, получим .

 - коэффициент запаса, учитывающий возможное снижение выпрямленного напряжения за счёт отклонения управляющих импульсов от их расчётного положения. Для синхронизации многоканальных систем управления обычно принимают , а для цифровых (при высокой разрядности) и одноканальности синхронных систем ;

 - коэффициент запаса, учитывающий внутренне падение напряжения в ТП. Примем .

Для проектируемой трёхфазной нулевой схемы принимаем ,  и . Тогда получим

.

Действующее значение первичного тока, потребляемого ТП из сети, уточняем по выражению:

,  (17)

где:

 - коэффициент запаса, учитывающий возможные технологические перегрузки (обычно равен 1,15÷1,2);

 - коэффициент запаса, учитывающий возрастание действующих значений токов в трансформаторе из-за пульсации тока якоря, который можно оценить по выражению:

, (18)

где:

 - значение допустимых пульсаций тока якоря, заданное в техническом задании.;

 - коэффициент запаса, учитывающий протекание в первичных обмотках намагничивающего тока . Последний обычно принимают равным току холостого хода (хх) трансформатора , значение которого приводится в технических данных трансформаторов. Для ТП, работающего в составе электроприводов с широким диапазоном регулирования скорости (), на этапе предварительного расчёта можно ориентировочно принять . В последствии  уточняется на основании технических данных трансформатора;

 - расчётный коэффициент. При этом коэффициент трансформации рассчитывается по приближённому выражению . В качестве выбирается линейное или фазное первичное напряжение согласно техническому заданию и схеме трансформатора. Для проектируемой схемы: .

Значение типовой мощности трансформатора с учётом эксплуатационных факторов рассчитаем по выражению:

,         (19)

где:

 - коэффициент запаса по мощности, обеспечивающий устранение явления насыщенности стали. В трёхфазной нулевой схеме имеет место явление подмагничивания стали поэтому для проектируемой схемы .

3.6 РАСЧЁТ ТРАНСФОРМАТОРА С УЧЁТОМ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАПАСА

Определяем значение коэффициента трансформации

.

Определяем значения коэффициентов запаса:

;

;

;

;

Тогда линейный ток, потребляемый из сети, составит

Определяем значение типовой мощности трансформатора с учётом эксплуатационных факторов:

;

;

;

;

.

Рассчитаем относительное значение коэффициента использования трансформатора в выпрямительной схеме:

,

.7 ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРА

В электротехнических справочниках приведены технические параметры некоторых серийных трансформаторов, которые могут быть применены в проектируемой схеме ТП.

Трехфазные трёхобмоточные трансформаторы серии ТТ в серийном исполнении имеют схему соединения «треугольник - двойная звезда».

При проектировании варианта ТП можно допустить изменение схемы соединения обмоток. Это предоставляет разработчику широкие возможности по использованию трансформаторов ТТ во многих вариантах ТП. Так, при последовательном соединении вторичных обмоток можно образовать на стороне вторичного напряжения соединение звездой. При этом значение вторичного линейного напряжения будет равно , где  - значение вторичного линейного напряжения серийного трансформатора, приведенное в графе  серийного трансформатора.

У таких трансформаторов допускается регулирование напряжения на вентильных обмотках в пределах .

Условия выбора конкретного трансформатора формулируются так:

§  Первичное линейное напряжение серийного трансформатора  должно соответствовать напряжению первичной сети , определённому в техническом задании, т.е. ;

§  Номинальная мощность серийного трансформатора  не должна быть меньше требуемой мощности, т.е. ;

§  Схема соединения обмоток трансформатора и его основные конструктивные решения (число фаз первичных обмоток, число вторичных обмоток) должны соответствовать схеме, заданной в техническом задании;

§  Определённое в п. 3.5. значение фазного напряжения вентильных обмоток трансформатора  должно соответствовать номинальному фазному напряжению вторичных обмоток серийного трансформатора, т.е. .

.8.1 РАСЧЕТ ТИРИСТОРОВ

Основным параметров, по которому осуществляется выбор тиристоров для преобразователей, работающих на частотах , является предельно допустимый средний ток, протекающий через прибор в открытом состоянии . Этот ток для унифицированных низкочастотных тиристоров серии Т, определяется на заводах-изготовителях экспериментально в классификационной однополупериодной схеме выпрямителя при работе на активную нагрузку при . Следовательно,  - это постоянная состовляющая однополупериодной волны синусоидального тока.

,    (20)

При этом за номинальное значение принимают такой ток , который разогревает полупроводниковую структуру прибора до предельной рабочей температуры  при определённых условиях охлаждения. Значение , определенное при принудительном охлаждении с номинальными скоростью и температурой охлаждающего воздуха, указывается в обозначении тиристора.

Первая задача, которую решает разработчик при выборе тиристоров - определяет условия их охлаждения.

По действующим нормативным документам при проектировании тиристорных выпрямителей, подключаемых к промышленным сетям, рекомендуется применение принудительного охлаждения тиристоров при выходной мощности преобразователя  при напряжениях . Для низковольтных выпрямительных установок принудительное охлаждение принудительное охлаждение применяется при .