Нахождение номинального угла регулирования:

UН = UНО × Cos (2.3.6.4), [ 3, c.83]

UНО = U2 × 2,34= 230 × 2,34= 538,2 В- напряжение холостого хода [1, c.217]

U2 = 230 В - фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

 - номинальный угол регулирования.

Тогда:

Cos= ;  = arcCos(0,483) = 61,1 ° (2.3.6.5).

Тогда:

Uобр. max = 2,44× 325,3 = 794,36 В.

Максимально допустимое постоянное обратное напряжение вентиля 1400 В, значит вентиль выдерживает прикладываемое к нему обратное напряжение.

2.4 Расчёт электрических параметров уставок автоматов защиты от токов КЗ перегрузок и элементов схем защиты от перенапряжений

2.4.1 Выбор защиты от внутренних, коротких замыканий

Рис.2 Схема замещения аварийного контура при внутреннем К.З.

Кривую мгновенного тока внутреннего К.З. строю по графику

Рис.3 Кривая мгновенного значения тока внутреннего К.З.

Для защиты тиристоров от внутренних К.З. применяют быстродействующие плавкие предохранители, включаемые в плечо каждого тиристора.

Плавкие предохранители выбираются исходя из действующего значения первой полуволны тока внутреннего К.З.

 (2.4.1.1), [3,с.108]

где Iуд=8178.12 (A) -ударный ток, рассчитанный по формуле (2.3.2.1)

A

Для защиты плавкими предохранителями тиристоров должно выполняться защитное соотношение:

 ( 2.4.1.2) [7,с.321]

Здесь - верхнее значение полного Джоулева интеграла отключения.

допустимый перегрузочный параметр тиристора Т2-320

n – число параллельно включенных в плечо тиристоров; n=1.

 (2.4.1.3)

Для защиты вентилей от внутренних К.З. применим быстродействующие плавкие предохранители серии ПНБ 5.

При данном действующем токе  A и

По характеристике полных интегралов предохранителей серии ПНБ5, выбираю плавкую вставку на номинальный ток Iном=160 A , что удовлетворяет условию:

 [7,с.14, рис. 1-10]

Проверка условия селективности защиты.

Селективность- отключение только поврежденных вентилей без нарушения работы исправных вентилей и преобразователя в целом.

Т.е. за время срабатывания предохранителя поврежденной ветви не должны плавиться предохранители не поврежденных ветвей:

 (2.4.1.4) [8.с.108]

где

К – коэффициент неравномерности загрузки тиристоров , [4,с.108] берем К=1,2

Плавкие предохранители условию селективности удовлетворяют.

2.4.2 Расчет К.З. со стороны постоянного тока

Рис 4. Схема замещения аварийного контура при К.З. со стороны постоянного тока.

Кривую мгновенного тока К.З. со стороны постоянного тока строю по графику при заданном угле [3,с.106,рис.1-130] для

Рис.5.Мгновенное значение тока в тиристорах при внешнем К.З. со стороны постоянного тока.

Для защиты от внешних К.З. на постоянном токе выбираю автоматический выключатель А3730 на ток 400 А, с собственным временем отключения 13 мс.

Параметры автоматического выключателя А3730.

Таблица 4.

Интеграл полного отключения автоматического выключателя:

 ,

где - время нарастания тока до тока уставки. (2.4.2.1)

- время срабатывания выключателя,  [табл.4];

Из рис.5. A

Тогда по формуле (2.4.2.1):

Условие защиты вентилей:

Условие селективности:

Следовательно, автоматический выключатель предъявляемым требованиям удовлетворяет.

2.5 Расчет элементов схемы защиты от перенапряжений

2.5.1 Расчет элементов защиты коммутации в VS

Для защиты тиристоров преобразователя от коммутационных перенапряжений, необходимо параллельно каждому тиристору включить R-C цепочку, параметры которой определим по формулам: [8,с.375]

Рис.6. Включение R-С цепей для защиты VS от перенапряжений.

 (2.5.1.1) [8,с.375]

=300Кл [3,с.174], где -заряд переключения тиристора Т2-320

-амплитуда рабочего напряжение на вентиле

По формуле (2.5.1.1)

По каталожным данным выбираю конденсатор типа К42-4, с номинальным напряжением Uн=300 (В) и С=0.5мкФ [7,с.221]

Величину сопротивления определим из соотношения:

 (2.5.1.2) [8,с.375]

где L- индуктивность обмотки трансформатора

,

где -угловая частота питающей сети

L=0.07 (мГн)

По формуле (2.5.1.2):

Мощность рассеиваемая резистором определим по формуле:

 (2.5.1.3)

выбираем резистор типа ОМЛТ, номинальная мощность Pн=0.125(Вт), сопротивление которого Rн=12(Ом) [7,с.17]

2.5.2 Расчет элементов защиты от коммутации в нагрузке

Защиту от перенапряжений в нагрузке осуществим включением в цепь выпрямленного тока параллельного тиристора.

Выбор и расчет тиристора производим по методике, приведенной в [2,с.40]

Среднее значение тока тиристора определим по формуле:

, (2.5.2.1)

где - угол регулирования;

Максимум тока  будет при равенстве нулю производной

т.е.

Данное уравнение решим графически:

1-                зависимость ;

2-                зависимость ;

Из рисунка видно, что  максимален при =1.3 рад.[74.4 эл.град]

В этом случае величина максимального тока тиристора определима по формуле (2.5.2.1):

Максимальное обратное напряжение на тиристоре с учетом перегрузки:

, (2.5.2.2)

где - кратность кратковременной перегрузки, [табл.1]

В качестве нулевого диода можно использовать 2Д203А [3,с.84], ,и .

Т. к. нагрузка якорь двигателя, нужно поставить параллельно ему сглаживающий дроссель.

Выбираем дроссель марки СРОСЗ-6300УХЛ 4 с номинальным током 6300А и индуктивностью L=0.252мГн.

2.5.3 Согласование перегрузочных характеристик выпрямителя и элементов защиты

Построим время-токовые характеристики для тиристора Т2 – 320 и предохранителя ПНБ5.

Зависимость I(t) для плавкой вставки предохранителя ПНБ5 на  приведена в справочной литературе [9, с.13, рис.1-8], для тиристора Т2–320 по графику Iос уд (t) [3, c. 121]

Здесь Iос уд – ударный неповторяющийся ток тиристора в открытом состоянии.

Характеристика предохранителя ПНБ5 имеет вид: , автоматического выключателя А3740:

Максимальное значение допустимого тока в установившемся режиме:

Определим амплитуду тока тиристора:

 (2.5.3.1) [1, с. 19]

Амплитуда тока кратковременной перегрузки:

 (2.5.3.2)

Амплитуда тока длительной перегрузки:

, (2.5.3.3)

Рис.7 Согласование перегрузочных характеристик.

На рис.7 показаны:

1) Перегрузочная кривая тиристора.

2) Характеристика плавких предохранителей

3) Характеристика автомата со стороны постоянного тока.

4) Рабочая характеристика преобразователя.

3. Расчет характеристик выпрямителя

3.1 Расчет внешних характеристик

Внешняя характеристика описывается выражением :

 (3.1.1) [3, с. 83]

где - напряжение холостого хода;

- уменьшение выпрямленного напряжения за счет перекрытия при индуктивной нагрузке;

R-активное сопротивление цепи

 падение в вентилях; в полупроводниковых преобразователях  мало и им можно пренебречь, кроме того, в установках средней мощности , поэтому:

 (3.1.2)

В относительных единицах формула (3.1.2) будет иметь вид:

 (3.1.3)

где  - отношение тока нагрузки к току К.З.

Тогда формула (3.1.3) будет иметь вид:

,(3.1.4)

где

По формуле (3.1.4):

 (3.1.5)

Определим по формуле (3.1.5) и заносим в табл. 5. значение  для разных углов .

Внешняя характеристика в выпрямительном режиме

Таблица 5

В инверторном режиме внешняя характеристика описывается выражением:

 (3.1.6)

где - угол опережения,

В относительных единицах (3.1.6) будет иметь вид:

 (3.1.7)

В инверторе существует граница предельного тока, зависящая от углов и :

 (3.1.8)

где ,

- угол восстановления запирающих свойств вентиля

, (3.1.9)

где - частота питающей сети, ;

- время выключения тиристора,  [3,с.176]

По формуле (3.1.9):

Для обеспечения устойчивой работы инвертора необходимо ограничить угол  минимальным значением .

Примем  и определим  из соотношения

;(3.1.10)

По формуле (3.1.9):

Уравнение границы предельного тока подсчитаем по формуле (3.1.8)

 (3.1.11)

Тогда формула (3.1.7) примет вид:

 (3.1.12)

Внешняя характеристика в инверторном режиме строится по формуле (3.1.12) и заполняется табл.6: граница предельного тока строится по формуле (3.1.11) и заполняется табл. 7. соответственно.

Внешняя характеристика в инверторном режиме

Таблица 6.

Граница предельного тока

Таблица 7.

По данным из таблиц 5, 6, 7. строим внешнюю характеристику преобразователя в выпрямленном и инверторном режиме.

Рис. 8. Внешняя характеристика преобразователя.

3.2 Расчет регулировочной характеристики

Регулировочная характеристика, т.е. зависимость выпрямленного напряжения от угла регулирования , определяется следующим выражением:

(3.2.1)  [3,с.82]

В относительных единицах (3.2.1) примет вид:

(3.2.2),

т.е. регулировочная характеристика тиристорного комплекта имеет вид косинусоиды.

Таблица 8

Рис.9. Регулировочная характеристика.

4. Расчет энергетических показателей установки

4.1 Расчет коэффициента полезного действия

КПД выпрямителя характеризуется отношением активной мощности, отдаваемой в нагрузку к полной активной мощности, потребляемой выпрямительной установкой от питающей сети.

КПД выпрямителя определяется выражением

,(4..1.1)

где - суммарная мощность потерь выпрямителя

, (4.1.2) , где

-потери мощности в сглаживающем дросселе и реакторах

1500 Вт

- потери в вентилях

Потери в вентилях  складываются из потерь при их отключении и потерь при протекании прямого тока. При работе на частоте 50 Гц потери при переключении можно не учитывать, поэтому можно записать:

,(4.1.3)

где - количество вентилей в схеме выпрямителя, ;

- падение напряжения на вентилях, , примем ;

- средний ток вентиля =106,7А

По формуле (4.1.3):

- потери в силовом трансформаторе

,(4.1.4)

где - потери в стали:  [табл.1]

- потери в меди: [табл.1]

По формуле (4.1.4):

- потери во вспомогательных устройствах

Величина  от ,тогда примем

По формуле (4.1.2):

По формуле (4.1.1):

4.2 Расчет коэффициента мощности

Коэффициент мощности выпрямителя находится по формуле:

,(4.2.1)

где - коэффициент искажения формы кривой потребляемого тока, ;

- угол сдвига первой гармоники тока относительно напряжения питания,

 (4.2.2)

Угол коммутации может быть определен:

,

где m=6

Тогда:

Заключение

В результате технического задания был разработан полупроводниковый преобразователь, работающий в выпрямительном и инверторном режиме.

К.П.Д. преобразователя составляет, коэффициент мощности .

Установка выполнена по трехфазной мостовой схеме выпрямления. Обмотки трансформатора соединены звездой. Также в схеме предусмотрена защита от коммутационных перенапряжений в вентиле, от токов внутреннего К.З. и от КЗ на постоянном токе, от перенапряжений в нагрузке.

Преобразователь удовлетворяет заданным техническим требованиям.

Список используемой литературы

1.                 Промышленная электроника. Котлярский С.П., Миклашевский Л. Г. М. –1984.

2.                 Справочник по электроснабжению и электрооборудованию /Под редакцией Федорова А.А. М.: Энергоатомиздат, 1987.

3.                 Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами /Под редакцией Круповича В.И., Барыбина Ю.Г., Самовера М.Л. М.: Энергоиздат, 1982.

4.                 Замятин В.Я. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник. М.: Радио и связь, 1987г.

5.                 Электротехнический справочник под редакцией П.Г. Грудинского и др. М.-1971г.

6.                 Неуправляемые кремниевые вентили ВК-2, ВК-2 ВИ ВКДЛ. Отделение ВНИИЭМ по научно – технической информации, стандартизации и нормализации в электротехнике. М.: Информстандартэнерго. 1967г

7.                 Резисторы. Конденсаторы. Трансформаторы. Дроссели. Коммутацинные устройства. РЭА.Справочник/ под редакцией Н.Н.Акимов/ 1994г.

8.                 Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Сахаров Ю.В. Справочник: Силовые полупроводниковые приборы. М.: Энергия, 1975.

9.                 Полупроводниковые выпрямители/Под редакцией Ковалева Ф.И., Мостковой Г.П., М.: Энергия, 1978.

Страницы: 1, 2