Выбор вентилей управляемого выпрямителя

 

ГОУ ВПО

Дальневосточный государственный

университет путей сообщения

 

 

 

 

 

 

 

 

  Кафедра: «Электроснабжение

транспорта»

 

 

 

 

 

Курсовой проект

на тему: «Выбор вентилей для управляемого выпрямителя»

 

190401.65             631

 

 

 

 

 

                                                                                                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                 Выполнила: Дертун Е.Ю.

                                                                                Проверил: Клочков М.И.

 

 

 

 

 

 

                                                                    Хабаровск

2009

 

 

Содержание.

 

 

Введение

Объем курсовой работы.

1. Расчет аварийных режимов управляемого выпрямителя.

                1.1. Подготовка исходных данных.

                1.2. Короткое замыкание на шинах  выпрямленного напряжения.

                1.3. Короткое замыкание при пробое  тиристорного плеча.

                1.4. Проверка тиристоров по току  рабочего режима.

2. Определение количества последовательно включенных тиристоров.

3. Определение общего количества тиристоров.

4. Определение параметров резисторов и конденсаторов.

               4.1 Равномерное распределение прямого  тока в тиристорах.

               4.2. Равномерное распределение обратного напряжения.

7. Оформление  графической части  работы.

8. Индивидуальное задание.

9. Функциональная схема СУ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Для питания  приемников постоянного тока, например, коллекторных тяговых двигателей, используют выпрямительные агрегаты, электроснабжение которых осуществляется от энергосистем. Они являются промежуточным звеном между источниками и приемниками электроэнергии.

Выпрямительные  агрегаты представляют собой устройства, объединенные для совместного преобразования переменного тока в постоянный, точнее в ток постоянного направления, но пульсирующий с той или иной частотой в допустимых пределах.

Для анализа  работы выпрямителей пользуются схемами  выпрямления, показывающими соединение полупроводниковых приборов с вентильной обмоткой трансформатора.

В зависимости от применяемых вентилей — диодов или тиристоров — выпрямители  подразделяют на неуправляемые и  управляемые. В состав последних дополнительно входит система управления тиристорами (СУ).

Вентили, как неуправляемые, так  и управляемые, выполняют функции коммутирующих аппаратов, переключающих поочередно в течение каждого периода питание приемников постоянного тока от соответствующих обмоток фаз трансформатора. Благодаря этим переключениям и односторонней проводимости тока в вентилях через приемник проходит ток постоянного направления.

Процесс переключения вентилями фаз  переменною тока к приемнику постоянного тока называют коммутацией вентильных токов. При числе фаз и присоединенных к ним анодами либо катодами вентилей равном т = q за период происходит q коммутаций.

Схемы выпрямления различают простые  и сложные с нулевым выводом  и мостовые.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБЪЕМ КУРСОВОЙ РАБОТЫ.

 

 

1.  Вычертить однолинейную и  расчётную схемы.

2.  Произвести расчет токов  к.з. при замыкании шин выпрямленного  напряжения на землю и пробое  вентильного плеча.

3.  Выбрать тип тиристора.

4.  Определить число последовательно  включенных тиристоров в вентильном  плече. 

5.  Определить число параллельно включенных тиристоров в вентильном плече.

6.  Рассчитать общее количество  тиристоров в выпрямителях.

7.  Определить параметры резисторов  и конденсаторов в тиристорном  плече, необходимые для равномерного  распределения прямого тока и обратного напряжения.

8.   Построить диаграммы очередности  подачи управляющих импульсов  на тиристорные плечи при  a = 0 и a = 5 ⁰

9.   Построить диаграммы открытых  состояний тиристорных плеч при  a = 0 и a = 5 ⁰.

10. Построить временную диаграмму  формирования обратного напряжения на тиристорном плече при  a = 0 и a = 5 ⁰.

11. Построить временную диаграмму  тока к.з. при пробое вентильного  плеча выпрямителя 

при a = 0.

12. Изобразить принципиальную схему  тиристориого плеча с обозначением  всех элементов. 

13. Индивидуальное задание: Рассчитать и построить с использованием ПК спектр гармоник кривой сетевого тока.

14. Составить функциональную схему  СУ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. РАСЧЁТ АВАРИЙНЫХ  РЕЖИМОВ 

УПРАВЛЯЕМОГО  ВЫПРЯМИТЕЛЯ.

1.1. Подготовка исходных  данных

Исходными данными для расчётов являются паспортные параметры установленного на подстанции основного оборудования и характеристики пинающей сети (прилагаются в задании на курсовую работу). Наиболее тяжёлыми аварийными режимами полупроводникового выпрямителя являются короткое замыкание на шинах выпрямленного напряжения и пробой вентилей, что в итоге тоже приводит к короткому замыканию.

При анализе аварийных процессов  обычно принимают допущения, которые  существенно упрощают расчет и практически не оказывают заметного влияния на точность полученных результатов. В курсовой работе используются следующие допущения:

1. При расчётах токов к.з. вентили принимаются идеальными и падением напряжения в них пренебрегаем;
2. Все активные и индуктивные сопротивления линейны;
3. Трёхфазная питающая сеть имеет синусоидальное и симметричное напряжение;
4. Намагничивающий ток трансформатора не учитывается.
5. Авария в преобразователе возникает при установившемся режиме работы питающей сети.
6. Активным сопротивлением питающей сети пренебрегаем.
7. Индуктивность в цепи выпрямленного тока равна бесконечности.

Однолинейная и расчетная схемы  представлены на рисунках 1 и 2.

Развитие аварии в выпрямителе  при указанных допущениях определяется параметрами цепи переменного тока (индуктивным сопротивлением - Ха и активным сопротивлением - Ra) приведёнными к напряжению вторичной обмотки трансформатора выпрямительного агрегата.

При заданной мощности короткого замыкания  в питающей сети индуктивное сопротивление  от источника до места подключения подстанции (с учётом приведения к напряжению U_2ф ) определяется по формуле:

,  Ом      (1)

где  К_Т1 – коэффициент трансформации понизительного трансформатора;

К_Т2 – коэффициент трансформации трансформатора выпрямителя;

Uс – линейное напряжение питающей сети, кВ;

Sкз – мощность короткого замыкания, кВА.

Коэффициенты трансформации находятся  по следующим формулам:

;    

Тогда                           

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора выпрямителя, приведенное к напряжению вторичной обмотки трансформатора выпрямительного агрегата, найдется по выражению:

 

, Ом    (2)

где      U_K1% - напряжение короткого замыкания понизительного трансформатора, %;

           U_Ф – напряжение фазы вторичной обмотки понизительного трансформатора, кВ;

           S_T1 – номинальная мощность понизительного трансформатора, кВА.

 

 

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора выпрямителя, приведенное к напряжению вторичной обмотки,

,  Ом      (3)

где      U_К2% - напряжение короткого замыкания трансформатора выпрямителя, %;

           U_2Ф - напряжение фазы вторичной обмотки трансформатора выпрямителя, кВ;

           S_Т2 - номинальная мощность трансформатора выпрямителя, кВА.

 

 

По данным выражений (1), (2), (3) находится  индуктивное сопротивление в цепи переменного тока преобразователя:

,      Ом        (4)

 

где      N₁ - количество понизительных трансформаторов на подстанции;

           N₂ - количество трансформаторов выпрямительных агрегатов.

 

 

Активное сопротивление в цепи переменного тока преобразователя  определяется по выражению:

,    Ом           (5)

где       R’_a1   - активное сопротивление фазы понизительного  трансформатора, приведенное

                        к напряжению вторичной обмотки трансформатора выпрямителя, Ом;

            Ra₂ - то же для трансформатора выпрямителя, Ом.

 

 

          Значение R’_a1 определяется по выражению:

,    Ом           (6)

где    DP_K1- мощность потерь из опыта короткого замыкания понижающего трансформатора, кВт;

         U_Ф  - напряжение фазы вторичной обмотки понизительного трансформатора, кВ;

         S_Т1 - номинальная мощность понизительного трансформатора, кВА;

         К_Т2 - коэффициент трансформации трансформатора выпрямителя.

Значение Ra₂ определяется по аналогичной формуле:

,       Ом     (7)

где     DP_K2- мощность потерь из опыта короткого замыкания трансформатора выпрямителя, кВт.

                   - остальные величины использовались  ранее.

Тогда по выражению (5):

 

 

1.2. Короткое замыкание  на шинах выпрямленного напряжения.

Для расчёта принимается наиболее тяжёлый режим развития аварии. Под нагрузкой находятся все трансформаторы и выпрямители. Короткое замыкание (рис. 4) происходит при работе выпрямителя с углом регулирования a=0 , когда ток к.з. достигает максимальных значений. В курсовой работе предполагается, что с возникновением к.з. система управления блокируется и управляющие импульсы на тиристоры не поступают, начиная с очередной по времени коммутации. Такой ток к.з. можно рассматривать как ударный и если его значение, приходящееся на один тиристор, окажется меньше паспортного ударного тока тиристора, то он при заданном к.з. проходит по ударной токовой и термической нагрузке. Поскольку в курсовой работе заданы мощные высоковольтные выпрямители, то в них для защиты от токов к.з. плавкие предохранители не предусматриваются и по защитному показателю тиристоры в расчетах не проверяются.

Среднее значение тока к.з. на шинах выпрямленного напряжения соответственно определится :

,      А        (8)

В этом выражении все величины и  их размерности определены ранее.

Максимальное значение тока к.з. учитывается ударным коэффициентом К_t:

,       А        (9)

где Кt - переходный коэффициент от среднего к максимальному значению, определяется по графику в виде зависимости Кt =¦(R_a/X_a ) /1, рис. 1 , приложения 1.

Определяя по графику значение Кt, получаем: Кt =2,41

Максимальное значение тока тиристорного плеча в мостовой схеме составляет:

,            А           (10)

где  N_B - количество находящихся в работе выпрямителей (см. задание).

При включении в вентильном плече "а" параллельных тиристоров максимальный ударный ток короткого замыкания, проходящий через один тиристор, будет равен:

,             А             (11)

где       К_Н - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения тока по тиристорам,

                    К_Н  = 0,9.

Паспортный ударный неповторяющийся  ток тиристора, взятый из /1, приложение 2/, должен быть больше тока, определённого по выражению (11). Предварительно выбрав тиристор из условия, что расчетный параметр "а" в плече должен быть близким очередному большему целому числу, подбором найдём (с последующим округлением)

,          (12)

где       I_T уд. ласп. - паспортный ударный неповторяющийся ток через открытый тиристор, А.

Выбираем  тип тиристора Т3-320.Получаем , т.е. Тогда

При взятом типе тиристоров и количестве их в плече  с соблюдением условия (12) обеспечивается динамическая и термическая устойчивость приборов в случае к.з. на шинах выпрямленного напряжения. Заведомо брать большое число "а" не рекомендуется, т.к. это неоправданно усложняет схему и удорожает всю установку.

 

1.3. Короткое  замыкание при пробое тиристорного  плеча.

При пробое одного из тиристорных плеч выпрямителя (рис. 5) возникает внутреннее короткое замыкание, вызывающее динамическую перегрузку оставшихся в работе тиристорных плеч. К повреждению тиристоров наиболее часто приводит резкий скачок обратного напряжения в конце периода коммутации. Авария (пробой) в момент окончания коммутации является наиболее тяжёлой по амплитуде тока к.з., длительности и тепловому воздействию.

Для построения зависимости тока к.з. в функции времени и определения его максимального значения при пробое тиристорного плеча используется методика/3/, где в относительных величинах заданы значения .