РАСЧЕТНОЕ ЗАДАНИЕ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ НА ТЕМУ:

РАСЧЕТ МОЩНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

В зависимости от назначения выпрямители могут быть выполнены по различным схемам и отличатьcя по конструкции; в выпрямителях возможно применение как естественного охлаждения полупроводниковых вентилей, так и принудительное воздушное охлаждение; кроме того, возможно использование различных способов защиты от токов короткого замыкания. В них применяются, как правило, кремниевые полупроводниковые вентили: диоды и тиристоры.

К выпрямителям предъявляются требования обеспечения электромагнитной совместимости с питающей сетью и нагрузкой. Для этого на входе преобразователя в трехфазной сети переменного тока устанавливаются резонансные фильтры для подавления высших гармоник, а на выходе преобразователя в цепи постоянного тока сглаживающий фильтр.

В контрольной работе предполагается разработка студентами электрической схемы мощного полупроводникового выпрямителя, выбор силовых вентилей и трансформатора, расчет электрических показателей и выходной характеристики, а также определение параметров входных и выходных фильтров. Структурная схема выпрямителя приведена на рис.1, где Т – силовой трансформатор, VZ – неуправляемый выпрямитель, F1 – входные фильтры высших гармонических, F2 – выходной фильтр.

Исходные данные к контрольной работе

1. Назначение мощного выпрямителя: питание электропривода постоянного тока, различных зарядных устройств, питание электрического транспорта, питание технологических установок (гальваника, электротермические установки и др.).

2. Выходная мощность выпрямителя: номинальная P_dн и максимальная P_{d mах}.

3. Выпрямленное номинальное напряжение U_dн.

4. Схема выпрямления. Возможны следующие варианты: нулевая (рис. 2,а), мостовая (рис. 2,б), с уравнительным реактором (рис. 2,в) (условно плечо выпрямителя представлено одним вентилем).

5. Система охлаждения вентилей выпрямителя: естественная или принудительная при скорости охлаждающего воздуха 6 м/с или 12 м/с.

6. Питающее напряжение U₁: трехфазное переменного тока промыш-ленной частоты, линейное.

7. Напряжение короткого замыкания силового трансформатора пре-образовательной установки U_к , %.

8. Мощность короткого замыкания системы питания S_кз.

9. Допустимый коэффициент пульсации выпрямленного напряжения K_пульс.

10. Допустимый коэффициент несинусоидальности питающего напряжения K_нс.

Рис.1. Структурная схема выпрямителя

Задание и последовательность его выполнения

По приведенным в приложении исходным данным необходимо рассчитать мощный полупроводниковый выпрямитель трехфазного переменного тока. Номер варианта выбирается студентом в соответствии с последними цифрами в номере зачетной книжки.

Задание выполнять в следующей последовательности:

1) составить принципиальную схему преобразователя и выбрать типовую мощность силового трансформатора;

2) определить значения 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 c учетом полученных значений токов и напряжений и заданной системы охлаждения;

6) составить схему параллельных и последовательных соединений в вентильном плече c учетом 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 cо всеми элементами, предусмотреть возможность диагностирования исправности его элементов.

Рис. 2. Принципиальные схемы выпрямителей

Принципиальная схема преобразователя и выбор силового трансформатора

В соответствии с заданием следует разработать принципиальную схему преобразователя в соответствии с рис. 2. Так как число вентилей неизвестно, то в принципиальной схеме вентильное плечо изображается одним групповым полупроводниковым диодом.

Трансформатор к преобразователю выбирается по типовой мощности S_Т, которая зависит от схемы выпрямления и выходной номинальной мощности выпрямителя S_Н:

, (1)

где – коэффициент превышения расчетной мощности трансформатора, его значения приведены в табл. 1.

Таблица 1. Значения коэффициента для расчета мощности трансформатора

Схема выпрямления	Рис. 2, а	Рис. 2, б	Рис. 2, в
	1,34	1,05	1,26

Силовые трансформаторы в соответствии со стандартами выпускаются по специальной шкале мощностей и выбираются из условия .

Для выпрямителей при напряжении питания 1000 В и мощности до 500 кВт, устанавливаемых на вторых и выше этажах зданий, а также в пожароопасных помещениях, выбирают трансформаторы сухого исполнения, во всех остальных случаях с масляным охлаждением. Паспортные данные трансформаторов приведены в табл. 2—4.

Таблица 2. Трансформаторы трехфазные силовые с естественным масляным охлаждением напряжением до 10 кВ

Тип	Мощ-ность SТ, кВА	Напряжение короткого замыкания Uк,%	Потери, кВт		Ток холостого хода IХ,%	Полная масса, т
			РХ	РК
1	2	3	4	5	6	7
ТМ-63	63	4,5	0,265	1,280	2,8	0,600
ТМ-100	100	4,5	0,365	1,970	2,6	0,720
ТМ-160	160	4,5	0,540	2,650	2,4	1,100
ТМ-250	250	4,5	0,780	3.700	2,3	1,425
ТМ-400	400	4,5	1,080	5,500	2,1	1,900
ТМ-630	630	5,5	1,680	7,600	2,0	3,000
ТМ-1000	1000	5,5	2,450	12,20	1,4	4,70
ТМ-1600	1600	5,5	3.300	18,00	1,3	6,50
ТМ-2500	2500	5,5	4,600	25,00	1,0	8,00
ТМ-4000	4000	6,4	6,40	33,50	0,9	13,1

Таблица 3. Трансформаторы трехфазные силовые сухие защищенные напряжением до 10 кВ

Тип	Мощ-ность SТ, кВА	Напряжение короткого замыкания Uк,%	Потери, кВт		Ток холостого хода IХ,%	Полная масса,т
			РХ	РК
ТСЗ-160 ТСЗ-250 ТСЗ-400 ТСЗ-630 ТСЗ-1000 ТСЗ-1600	160 250 400 630 1000 1600	5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5	0,7 1,0 1,3 2,0 3,0 4,2	2,7 3,8 5,4 7,3 11,2 16,0	4,0 3,5 3,0 3,0 2,5 2,5	1,4 1,8 2,4 3,4 4,6 6,5

Таблица 4. Трансформаторы трехфазные силовые сухие защищенные напряжением до 1600 В

Тип	Мощ-ность SТ, кВА	Напряжение короткого замыкания Uк,%	Потери, Вт		Ток холостого хода IХ,%	Полная масса, кг
			РХ	РК
ТСЗ-10 ТСЗ-16 ТСЗ-25 ТСЗ-40 ТСЗ-63 ТСЗ-100 ТСЗ-160	10 16 25 40 63 100 160	4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4.5 4,5	90 125 180 250 355 500 710	280 400 560 800 1090 1500 2060	7,0 5,8 4,8 4,0 3,3 2,7 2,3	150 180 240 320 440 580 800