Расчёт мощного выпрямителя

                  МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

                              РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

              Казанский  Государственный   Энергетический    Университет

 

 

 

 

 

 

                                  Контрольная работа по предмету:

                     ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ    ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

                      на тему: «Расчёт мощного выпрямителя»

                                                  Вариант №4

 

 

            

                           

                                                                                      Выполнил: студент Черепанов П.В.

                                                                                      Шифр: ЗЭП-2-08-54

                                                                   Домашний адрес: 453431, республика

                                                        Башкортостан, г. Благовещенск,

                                                          ул. Демьяна Бедного, д.95, кв.72

                                       тел. сот.:  89174839626

 

                    КАЗАНЬ 2012г.

 

                                              Задание

   По  исходным данным необходимо рассчитать мощный полупроводниковый выпрямитель трёхфазного переменного тока.                                                                1) составить принципиальную схему преобразователя и выбрать типовую мощность силового трансформатора;                                                                            2) определить значение среднего, эффективного и максимального токов вентильного плеча преобразователя;                                                                            3) определить ток короткого замыкания и время его действия, зависящее от типа защиты вентильного плеча преобразователя;                                                                 4) определить значение максимального обратного напряжения на вентильном плече преобразователя;                                                                                                   5) выбрать тип вентиля с учётом полученных значений токов и напряжений и заданной системы охлаждения;                                                                                     6) составить схему  параллельных и последовательных соединений в вентильном плече с учётом деления тока и напряжения между вентилями;                                    7) выбрать тип выходного фильтра и рассчитать его параметры в зависимости от заданного коэффициента пульсации;                                                                              8) рассчитать  параметры входного фильтра в зависимости от заданного коэффициента  несинусоидальности;                                                                            9) составить полную схему преобразователя со всеми элементами, предусмотреть возможность диагностирования исправности его элементов;

       Исходные данные:                                                                                                     Назначение выпрямителя: электропривод.                                                                 Выпрямленное напряжение: Udn=24В                                                                                       Мощность выпрямителя: номинальная Pdn=45кВт, максимальная Pd max=60кВт.       Схема выпрямления: с уравнительным реактором: нулевая,

                                

Охлаждение  вентилей воздухом: V=0 м/с.                                                                          Питающее напряжение: U1=0,66 Кв.                                                                                  Мощность короткого замыкания системы: Sкз=5 МВхА.                                             Коэффициент пульсации: КП= 5.                                                                               Коэффициент несинусоидальности: КНС=3,0 %.

                                             Расчёт:

  1.Находим мощность  силового трансформатора:                                                           ST=0,5(S1+S2)=0,5(1,045Pdn+1.48Pdn)=1,26 Pdn =1,26х45=56,7 кВт, где S1, S2 –мощности первичной и вентильной обмоток трансформатора соответственно.                           Трансформатор выбираем из условия ST> SН.                                                                                           Выбрали трансформатор марки ТМ-63.                                                                         Каталожные данные:                                                                                                        ST=63Кв хА, UКЗ=4,5%.

  2.а) находим средний ток вентильного плеча:

                = 833.3А;

     б) находим  эффективный ток  вентильного  плеча:

              I эп= I dn*Kз= 2500А;

     в) находим максимальный ток  вентильного плеча:

              I dn maх = 3* 833,3 = 2500А;

  3.а) Находим  эффективное значение установившегося  тока короткого замыкания

                  I КЗ              

где Zc,ZT- сопротивления внешней сети и трансформатора соответственно, Ом; Uф2 – эффективное значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора, В.                                                                                                            Расчёт производим по схеме замещения

               

     Коэффициент схемы КСХ находим из следующего выражения:

                  Udn                    

                  

                   

      Для схемы с уравнительным  реактором полученное значение  ZT удваевается, так как в режиме КЗ работает только одна половина обмотки трансформатора: ZT= 0,001х2=0,002Ом.                                                                                                       И окончательно:

                

   б) находим  амплитудное значение тока КЗ:

       iкз =2 Ö2 Iкз=2 Ö2*9111,1=25770А.

   в) определение  времени срабатывания защиты и её типа:

         

   Если  приведённое отношение меньше 12, то защита осуществляется обычными предохранителями и автоматическими выключателями, время срабатывания защиты составляет от 40 до 60 мс.

   4.Находим  максимальное обратное напряжение  на вентильном плече преобразователя:

       Ur max =1.05*1.05*Ö3*Ö2*Uф2 =2,69*20,5=55,1В.

    Коэффициенты  1,05 вводятся, поскольку по стандартам  возможно повышение питающего напряжения на 5% и в режиме холостого хода преобразователя на его выходе также будет иметь место 5% превышение напряжения.

   5.Выбор  типа вентиля: выбираем вентиль  типа Д141-100                                               Каталожные данные:                                                                                                                 Конструктивное исполнение: таблеточный. Выпрямляемый ток: Idв=100А. Эффективный ток: IЭВ=157 А. Номинальное напряжение: Ur=(0,3-1,6)Кв. Ток КЗ: iкз.а.в=1900А, при номинальной температуре р-п-перехода Т=140⁰С. Падение напряжения на вентиле: Uпр=1,2 В. Сопротивление: r=57х10^-5Ом. Обратный ток: Iобр=50 м А.

   6.Расчёт  количества вентилей в плече  и схемы их включения:                                               а) число последовательно включенных вентилей:

           принимаем nc=1 шт;

б) число параллельно  включенных вентилей: из трёх условий  выбираем большее.

          

          

           принимаем nп=2 шт.

   7. Выбор  выходного фильтра и расчёт  его параметров: выбираем Г-образный  фильтр.

 

 Индуктивность  фильтра: мГн,

где R Ом.

 Коэффициент  пульсации для данной схемы:  КП=5,7.                                                  Круговая частота первой гармоники пульсации выпрямленного напряжения: 2Пfn=1884.

 Ёмкость  фильтра: С= мФ, где коэффициент сглаживания

 Кп.вх, кп.вых.- коэффициенты пульсации напряжения на входе и выходе фильтра соответственно.

   8.Расчёт  параметров входного фильтра:

а) канонические гармоники тока: I1n=

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

             

              

 

                ,

 

                ,

 

 Определим: Z c – сопротивление системы внешней сети, приведённое к входному напряжению, т. е ко входу трансформатора, где установлены фильтры; КНС – коэффициент несинусоидальности при отсутствии фильтра:

                 

                    

                 

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

        rn=

         r7=

        r11=

         r13=

 

в) находим индуктивности  контуров, настроенных на соответствующие  гармоники:

              

       Ln=

где Q=(10:100) – добротность индуктивности контура, принимаем Q=30.

         L5= мГн,

          L7= мГн,

          L11= мГн,

            L13= мГн;

 

г) находим ёмкости  контуров:

            Cn=

            C5= мкФ,

           C7= мкФ,

              C11= мкФ,

               C13= мкФ;

д) проверка по допустимой ёмкости:                                                                                            требуется, чтобы не было перекомпенсации реактивной мощности, так как входной фильтр компенсирует её:

             доп.

 

             Cдоп. мкФ,

                мкФ,

 

                мкФ, где sin =0,34, при cos =0,94.

 

 

 

                        Полная схема рассчитанного выпрямителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                       Список используемой литературы.

         1.Кудрин Б.И. Электрооборудование промышленности: Учебник – Москва.:

  Академия, 2008. - 432с.

         2.Сидоренко Э.Т. Полупроводниковые преобразовательные устройства в системах электроснабжения промпредприятий. – Казань, 1997. – 100с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                 П.В. Черепанов