5. Исследование внешНих и регулировочных характеристик
Внешняя характеристика выпрямителя является одной из важнейших характеристик, определяющих его работу. Так как заданный в задании выпрямитель является управляемым, то для него рассчитываются и строятся семейство внешних ( = 0, n, 30 и 45 эл. град.) и регулировочных характеристик (Id = 0 и Idn).
Среднее выпрямленное напряжение холостого хода:
.
(В);
(В);
(В);
(В).
Потеря напряжения на коммутацию:
.
(В).
Потеря напряжения на активных сопротивлениях:
.
(В);
(В);
(В);
(В).
Потеря напряжения на СПП:
,
где
–
число плеч одновременно проводящих
ток.
.
;
(В);
(В).
Уравнение внешней характеристики:
.
(В);
(В);
(В);
(В).
На рис. 6 представлено семейство внешних характеристик выпрямителя.
Эквивалентное внутреннее сопротивление преобразователя:
.
(Ом).
Рис. 6 Внешние характеристики выпрямителя
Рис. 7 Регулировочные характеристики преобразователя.
6. Исследование коммутации и гармонический анализ выпрямленного напряжения и первичного линейного тока
6.1. Исследование коммутационных процессов в выпрямителе
Наличие индуктивных сопротивлений на стороне переменного тока преобразователя приводит к появлению интервала коммутации, который называется углом коммутации и измеряется в электрических градусах (угол коммутации был рассчитан в пункте 3 для номинального режима работы преобразователя).
С учетом угла коммутации по следующему выражению определяют ток коммутации:
Ток коммутации:
.
Ток плеча входящего в работу:
.
Ток плеча выходящего из работы:
.
Рис. 8. Временные диаграммы процесса коммутации
7. Исследование коэффициента мощности
В данной главе
исследование коэффициента мощности
проводится с использованием выражения
.
Данное выражение не учитывает два
обстоятельства:
1) Снижения искажения формы сетевого тока с увеличением угла коммутации;
2) Наличия тока холостого хода трансформатора как одной из составляющих тока первичной обмотки. Ток холостого хода трансформатора в основном состоит из индуктивного тока намагничивания. Наличие этой индуктивной составляющей тока холостого хода приводит к резкому снижению коэффициента мощности при малых токах нагрузки – (0.1…0.15)Idн.
Коэффициент искажения формы первичного тока:
.
.
Угол сдвига основной гармоники первичного тока:
.
Угол коммутации:
(рад);
(рад);
(рад);
(рад).
Коэффициент мощности:
.
;
;
;
.
На рис. 9 представлены зависимости коэффициентов мощности от тока нагрузки при различных углах управления.
Рис. 9. График зависимости коэффициента мощности от тока нагрузки
8. Исследование потерь энергии, кпд и температурного режима преобразователя
Потери в стали преобразовательного трансформатора:
где PX – потери холостого хода преобразовательного трансформатора (берутся из справочника для выбранного типа трансформатора).
Потери в меди преобразовательного трансформатора:
где Pk – потери короткого замыкания преобразовательного трансформатора (берутся из справочника для выбранного типа трансформатора)
Например, для номинального режима:
Потери в силовых полупроводниковых приборах:
где N = 6 – число плеч в преобразователе;
кф = 1.73 – коэффициент формы тока (рассчитывается в пункте 4);
IFAV – средний ток одного СПП:
Например, для номинального режима:
Потери в делителях тока:
Потери в сглаживающем реакторе:
,
где
–
сопротивление сглаживающего реактора,
Ом.
(кВт).
Потери в устройствах защиты и системе управления преобразователем:
Суммарные активные потери в схеме преобразователя:
.
Например, для номинального режима:
Рис. 10. Графики зависимости потерь мощности от тока нагрузки
Мощность на стороне выпрямленного напряжения:
Например, для номинального режима:
Коэффициент полезного действия преобразователя:
Например, для номинального режима:
Рис. 11. График зависимости кпд преобразователя от тока нагрузки
Силовые полупроводниковые приборы ввиду малого объема, небольшой теплоемкости выпрямительного элемента (структуры) и высокой плотности тока в p-n переходе обладают повышенной чувствительностью к токовым нагрузкам. В связи с этим при проектировании преобразовательного агрегата необходимо рассмотреть изменение температуры структуры с изменением тока нагрузки.
Температура полупроводниковой структуры СПП:
Например, для номинального режима:
Рис. 12. График зависимости температуры полупроводниковой структуры СПП от тока нагрузки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте было произведено проектирование и расчет шестипульсового мостового управляемого выпрямителя, предназначенного для установки на тяговых подстанциях для электрических железных дорог. На основании расчета был выбран прототип тягового трансформатора ТМП – 6300/35ИУ1 и тиристор Т253-1250, а также охладитель типа О153-150 с естественным охлаждением. После выбора тиристоров была разработана схема группового соединения СПП в плече преобразователя.
Выбрав все необходимое оборудование для преобразовательного агрегата и определившись со схемой соединения его плеча, были исследованы его основные характеристики: внешняя характеристика, коэффициент мощности (который для номинального режима составил 0,85), потери мощности, КПД (для номинального режима КПД выпрямителя составил 0.93). Помимо указанного выше был произведен анализ коммутационных процессов, происходящих в выпрямителе.
На основании полученных данных были построены временные диаграммы напряжений и токов управляемого мостового шестипульсового выпрямителя, характеризующие его работу, которые представленные в приложение 1.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бурков А. Т. Электронная техника и преобразователи: Учебник для вузов ж.-д. трансп. – М.: Транспорт, 1999. – 464 с.
2. Проектирование тягового полупроводникового преобразователя: Метод. указания к курсовому проекту / Сост. А. Т. Бурков, А. И. Бурьяноватый, Б. А. Ковбаса, А. П. Самонин – СПб: ПГУПС, 2001. – 34 с.
3. Чебовский О. Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / О. Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недошивин – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 400 с.
4. Проектирование тягового полупроводникового преобразователя: Учебное пособие в дополнение к методическим указаниям к курсовому проекту / Сост. А. П. Самонин – СПб:ПГУПС, 2001. – 20 с.