6

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

(ФГОУ ВПО КГТУ)

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "СИЛОВАЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА "

для студентов специальности 180407 " Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики "

2015 г.

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы на рыбопромысловых и транспортных судах, плавучих буровых установках и паромах для управления судовыми механизмами и системами широкое применение получили полупроводниковые преобразователи электрической энергии. В зависимости от вида параметров на входе и выходе (род тока, величина напряжения и частоты) преобразовательные установки классифицируются на следующие группы:

• выпрямители,

• преобразователи частоты с промежуточным звеном выпрямления,

• непосредственные преобразователи частоты.

В настоящее время практически все электроэнергетические системы судов (СЭЭС) проектируются на переменном токе. Однако в то же время имеется

ряд потребителей электрической энергии, питание которых необходимо

осуществлять от источника постоянного тока. К ним относятся системы

возбуждения электрических машин, зарядки аккумуляторов, катодной защиты

судна, сварочные агрегаты, а также электроприводы (траловые и буксирные лебедки, грузоподъемные механизмы и другие), в которых требуется плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне. Поэтому наибольшее

применение на судах получили выпрямительные установки. К важнейшим

показателям, определяющим их эксплуатационные свойства и область

применения относятся:

• среднее значение и величина пульсаций выпрямленного напряжения;

• мощность силового трансформатора или коммутационного

дросселя;

• величина высших гармоник в цепи переменного тока и

коэффициент мощности.

Характеристики выпрямительных устройств существенным образом зависят

от схем выпрямления. Самые простые из них однофазные и трехфазные

нулевые обладают низкими технико-экономическими показателями и имеют ограниченное применение в установках малой мощности (система катодной

защиты судна, самовозбуждение генераторов). Широкое применение на судах

получили трехфазные мостовые и многофазные схемы. По сравнению с

однофазными и трехфазными нулевыми эти схемы имеют ряд преимуществ,

из которых основными являются меньшие величины пульсаций выпрямленного

напряжения и тока, лучшее использование трансформаторов и симметричная

загрузка фаз питающей сети.

Все рассмотренные схемы отличаются значительным содержанием высших гармоник в потребляемом из судовой сети токе. Снижение их величины

достигается применением многофазных и, в частности, двенадцатифазных

эквивалентных схем. Двенадцатифазный режим получается в схемах с

трансформаторами, имеющими две вторичные обмотки, каждая из которых питает свой выпрямительный мост. В судовых условиях трехфазные мосты включаются параллельно через уравнительный реактор. Большинство

потребителей электрической энергии чувствительны к пульсациям выпрямленного тока поэтому возникает необходимость дополнительного

включения в силовой цепи нагрузки сглаживающего дросселя.

Преобразователи частоты в основном применяются в регулируемых

электроприводах с асинхронными и синхронными двигателями, в том числе в гребных электрических установках (ГЭУ); системах стабилизации напряжения и частоты валогенераторов.

Применение на судах силовой преобразовательной техники (СПТ) позволило

существенно улучшить технико-экономические показатели электроприводов,

механизмов и систем. В то же время их работа в условиях соизмеримости

мощностей СЭЭС и потребителей электроэнергии имеет ряд специфических

особенностей. Во-первых, при глубоком регулировании выпрямленного

напряжения происходит значительное уменьшение коэффициента мощности

установки. Во-вторых, в зависимости от схемы выпрямления при работе преобразовательных устройств из сети потребляется несинусоидальный переменный ток, трапециидального или ступенчатого вида, и содержащий наряду с первой гармоникой высшие гармонические составляющие.

Порядок гармоник определяется выражением

n= кm ± 1,

где к = 1,2,3,4.5, ….

m- фазность пульсаций выпрямленного тока

Относительная величина высших гармонических составляющих тока примерно равна

In* = 1 / n.

Вследствие этого, при соизмеримости мощностей судовой сети и преобразователей происходит искажение напряжения на шинах ГРЩ, а также при увеличении углов регулирования увеличивается потребляемая из сети реактивная мощность. Кроме того, при коммутации вентилей происходит скачкообразное изменение напряжения, что отрицательно сказывается на работе электроэнергетической системы в целом.

Вносимые статическими преобразователями искажения кривой напряжения

сети вызывают дополнительный нагрев генераторов, асинхронных двигателей, увеличивают их вибрацию и шум, а также могут стать причиной нарушения

нор­мальной работы устройств автоматического управления и регулирования,

некоторых видов радиотехнической аппаратуры, если искажения превысят

допустимую норму.

Согласно Правилам морского Регистра РФ коэффициент несинусоидальности напряжения судовой сети во второй зоне электромагнитной совместимости

не должен превышать 10 %.

Дальнейшее развитие и применение на судах силовой полупроводниковой техники требует более глубокого изучения процессов, происходящих в преобразователях электрической энергии во взаимодействии со всей электроэнергетической системой. Особое внимание следует уделять вопросам проектирования трехфазных управляемых мостовых выпрямителей и автономных инверторов. Кроме того, представляет практический интерес методы расчета и выбора основных элементов силовой части.

2. Перечень рекомендуемой литературы

1. Башарин А. В. Примеры расчетов автоматизированного электропривода. – Л.: Энергия, 1972. – 437 с.

2. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник, под ред.

В. М. Перельмутера. – М.: Энегоатомиздат, 1988. – 319 с.

3. Полупроводниковые выпрямители. /Под ред. Ф. И. Ковалёва и

Г.П. Мостковой. – М.: Энергия, 1978. – 417 с.

4. Силовая электроника: Примеры расчёта /Ф. Чаки, И. Герман, И. Ившиг и др./ Пер. с англ. – М.: Энергоиздат, 1982. –382 с.

5. Справочник по преобразовательной технике. /Под ред. Н. М. Чиженко.

– Киев: Техника, 1978. – 447 с.

6. Тиристоры: Справочник /О. П. Григорьев, В. Я. Замятин, Б. В. Кондратьев, С. Л. Пожидаев. – М.: Радио и связь, 1990. – 272 с.

7. Штумпф Э. П. Судовая электроника и силовая преобразовательная техника: Учебник. – СПб: Судостроение, 1993. – 352 с.

3. Исходные данные для расчётов

Для трёхфазной управляемой мостовой схемы выпрямления необходи­мо:

Произвести расчёт и выбор по каталогам основных элементов преобразователя (силового трансформатора, тиристоров, сглаживающего дрос­селя и уравнительного реактора).

При выполнении контрольной работы полагать:

параметры сети : напряжение U_Л = 380 В, частота f = 50 Гц;

нагрузкой явля­ется двигатель постоянного тока с независимым возбуждением.

Исходные данные для решения контрольной работы приведены в табл. 1

Таблица 1

Параметры двигателя	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Рн, кВт	2.3	4.2	5.6	7.5	11	14.9	20.5	34.5	51	70	102	140	172	16.7	22.3	30	43.5	6.1	8.8	24
Uн, в	220	220	220	220	220	220	220	220	220	220	220	220	220	220	220	220	220	220	220	220
Iн, А	13	25	31	41	59	80	107	176	260	354	510	700	850	87	115	153	220	33	47	122
nн, об/мин	1160	1010	1080	825	745	625	635	565	540	500	490	470	440	1140	1060	980	770	1510	1370	810
2Р	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4
RЯ, Ом	1.63	0.94	0.57	0.42	0.28	0.16	0 1	0.054	0.03	0.023	0.008	0.008	0.007	0.12	0.07	0.05	0.03	0.32	0.2	0.02