ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра “Электроснабжение железных дорог”

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине “Электронная техника и преобразователи” на тему:

“Проектирование тягового полупроводникового преобразователя”

Выполнил студент Проверил

группы ЭС-806 преподаватель

Стадник М.В. Самонин А.П.

Санкт-Петербург

2011 г.

Введение

Целью курсового проекта является закрепление теории преобразования электрического тока и приобретение навыков проектирования преобразователей тяговых подстанций электрических железных дорог, метрополитенов и городского электротранспорта, освоение методов исследования характеристик и энергетических показателей полупроводниковых преобразователей.

Выпрямитель—преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

Большинство выпрямителей создаёт не постоянные, а пульсирующие однонаправленные напряжение и ток, для сглаживания пульсаций которых применяют фильтры.

Выпрямительные устройства характеризуются: выходными параметрами, параметрами, характеризующими режим работы вентилей, и параметрами трансформатора. Наиболее распространенный вентиль в маломощных устройствах – полупроводниковый диод. На диодах строят неуправляемые выпрямители. Принцип действия этих приборов основан на их свойстве пропускать ток только в одном направлении.

В курсовом проекте проектируется полупроводниковая установка и исследуются рабочие характеристики и энергетические показатели всего агрегата, предназначенного для установки на тяговых подстанциях метрополитена.

Преобразователь собран по двенадцатипульсовой схеме преобразования и состоит из преобразовательного трансформатора и двух трехфазных мостовых выпрямителей, соединенных один в схему «звезда», другой – в «треугольник».

1. Обоснование схемы выпрямления

Исходные данные:

• U_dном = 825 В – номинальное значение выпрямленного напряжения;

• I_dном = 2800 А – номинальное значение выпрямленного тока;

• U_1л = 10 кВ – номинальное значение напряжения питающей сети;

• - схема соединения обмоток преобразовательного трансформатора;

• выпрямитель неуправляемый

• умеренный климат, наружная установка

По числу фаз первичной обмотки трансформатора выпрямители могут быть однофазными и трехфазными.

На рис.1 показаны распространенные схемы выпрямителей.

Рис. 1.1 Схемы выпрямителей:

а) однофазная мостовая; б) трехфазная нулевая; в) трехфазная мостовая.

I2,i2а,i2б,i2с — токи в обмотках трансформатора; iнагр — ток в нагрузке;

R_нагр — сопротивление.нагрузки; А — общий анод; К — общий катод.

Однофазная мостовая схема выпрямления (рис. 1.1, а) состоит из четырех диодов, включенных по схеме моста, причем нагрузка присоединяется к общей точке катодов двух диодов и к общей точке анодов других двух диодов, составляя диагональ моста 1—2. Другая диагональ моста присоединяется к вторичной обмотке трансформатора. Направление тока в полупериод, когда знак «+» на верхнем конце обмотки трансформатора, показано на рисунке, при этом ток проводят диоды VD1 и VD3, а другие диоды находятся под обратным напряжением. В следующий полупериод ток проводят диоды VD2 и VD4. Ток в нагрузке всегда идет от точки 1 к точке 2, от зажима «+» выпрямителя к зажиму «—».

Трехфазная нулевая схема (рис. 1.1, б) состоит из 3 вентилей, аноды которых присоединяются к выводам вторичной обмотки трансформатора, соединенной звездой, а катоды присоединяются общей точкой к нагрузке. Второй зажим нагрузки присоединяется к нулевой точке вторичной обмотки трансформатора. Ток через вентиль проходит в течение трети периода, а потом переходит на другой вентиль. Пульсации выпрямленного напряжения в данной схеме меньше, чем в однофазной мостовой.

В трехфазной мостовой схеме выпрямления (рис. 1.1, в) применяются шесть вентилей, образующих две группы: 3 вентиля с общим анодным выводом, а 3 — с общим катодным выводом. Нагрузка присоединяется к этим общим выводам. При активной нагрузке в любой момент времени ток проходит через два вентиля из разных групп.

Достоинствами мостовых выпрямителей являются: повышенная частота пульсаций, небольшое обратное напряжение на выпрямительных диодах, эффективное использование трансформатора, а также отсутствие дополнительного нагрева.

Недостатками являются: повышенное падение напряжения на вентилях, невозможность установки однотипных вентилей на одном радиаторе без изолирующих прокладок.

На тяговых подстанциях постоянного тока магистральных железных дорог, метрополитенов, трамваев и троллейбусов в настоящее время широко применяются 12-пульсовые схемы выпрямления, имеющие существенные преимущества перед 6-пульсовыми:

1. более высокое качество выпрямленного напряжения, обусловленное меньшим значением переменной составляющей, которая вызывает наличие помех в линиях связи, проходящих параллельно тяговой сети постоянного тока;

2. уменьшенный состав высших гармоник в кривой тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети энергосистемы. В них отсутствуют имеющие довольно значительные амплитуды пятая и седьмая гармоники, а также более высокие, кратные им. Таким образом, от них разгружаются линии электропередач энергосистем, районные подстанции и электростанции, питающие тяговые подстанции постоянного тока;

3. возможность создания преобразовательных агрегатов на более высокие выпрямленные напряжения или на большие постоянные токи;

4. схемы имеют более высокий коэффициент мощности по сравнению с 6-пульсовыми.

Преимущества 12-пульсовой схемы в отношении высших гармоник справедливы только при симметрии трехфазного тока и напряжения, подводимых к сетевой обмотке.