Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

09%20%D0%B2%D0%B0%D1%80%20%D0%AD%D0%9F%D0%A2

.pdf
Скачиваний:
40
Добавлен:
17.05.2015
Размер:
531.41 Кб
Скачать

S Т = 1,029 * P d0

 

(3.17 )

S Т =

1,029 * 5537,6 =

5698,19

(кВА)

14)Мощность уравнительного реактора

 

 

Sур = 0,02 * P d0 =

0,02 * 5537,6 =

 

110,752 (кВА)

15)Суммарную мощность тансформаторного оборудования

S ТΣ = S Т + S УР

 

(3.18 )

S ТΣ =

5698,1904 + 110,752

5808,942

(кВА)

16)Потери ХХ (∆P ХХ ) и потери КЗ (∆P КЗ ) преобразовательного трансформатора . Так как полный расчет трансформатора не производится, то ориентировочно можно принять:

∆P ХХ =

0,002

*

S ТΣ

 

(3.19 )

∆P КЗ =

0,007

*

S ТΣ

 

(3.20 )

∆P ХХ =

0,002

* 5808,9424 =

12

(кВт)

∆P КЗ =

0,007

* 5808,9424 =

41

(кВт)

Таблица 3.1 - Параметры преобразовательного трансформатора

Параметр

 

Расчетные

Параметр

 

Расчетные

 

 

значения

 

 

значения

U d0

(кВ)

3,461

К Т

 

4,099

P d0

(кВт)

5537,6

I

(А)

307,86

S

(кВА)

5604,051

S 2НУ

(кВА)

2899,487

u КС

%

3,736

S 2НД

(кВА)

2899,487

u К

%

14,236

S

(кВА)

5798,97

U

(кВ)

1,479

S Т

(кВА)

5698,19

U

(кВ)

2,564

S УР

(кВА)

110,752

I

(А)

653,12

S ТΣ

(кВА)

5808,942

I

(А)

377,12

∆P ХХ

(кВт)

12

U

(кВ)

6,062

∆P КЗ

(кВт)

41

3.2. Выбор типа и обозначения преобразовательного трансформатора.

Выберем стандартную номинальную типовую мощность из следующего условия

 

S НТ

>

S Т

(3.21 )

где

S Т

- расчетная типовая мощность трансформатора , кВА

 

S НТ

- стандартная номинальная типовая мощность , кВА

 

S НТ =

6000

(кВА)

 

6000 кВА

>

5808,942 кВА

Определим схемы соединения сетевой и вентильной обмоток:

-сетевая обмотка соединена в звезду;

-вентильные обмотки соединены в "звезду№ и "треугольник";

Запишем полное условное обозначение трансформатора :ТРДП-6000/10,5Ж-У/УД-0-11 Расшифровывается следующим образом:

Т- трансформатор трехфазный; Р- с расщепленными вентильными обмотками;

Д - естественная циркуляция масла и принудительная воздуха; П- для питания полупроводникового преобразователя ; 6000 - типовая мощность,кВА 10,5 - номинальное напряжение сетевой обмотки, кВ;

Ж - назначение трансформатора (для железнодорожного транспорта) У - сетевая обмотка соединена в "звезду"; УД - вентильные обмотки соединены в "звезду" и "треугольник";

0-11 - группы соединения вентильных обмоток трансформатора , соответственно для "звезды" и "треугольника"

4. Проект вентильной части преобразователя.

4.1. Параллельное соединение вентилей.

4.1.1. Постановка задачи.

Число параллельно соединенных диодов в одном вентильном плече определяется для следующих расчетных режимов:

а) режима номинальной нагрузки; б) режима перегрузки; в) аварийного режима.

Для указанных режимов по исхлдным данным рассчитываются токи, протекающие по вентильному плечу:

- для режима номинальной нагрузки - средний ток вентильного плеча I V ;

- для режима перегрузки - ток вентильного плеча в режиме перегрузки I V ПЕР ; - для режима КЗ - ударный ток i уд .

Кроме того , для заданного вентиля определяются:

-максимально допустимый ток длительного режима - I FAVm ;

-максимально допустимый средний прямой ток в режиме 10-секундной перегрузки - I F(ОV) ;

-ударный неповторяющийся прямой ток длительностью 10 мс - I FSM.

4.1.2. Расчет токов в цепях вентильной части преобразователя . 4.1.2.1. Расчет среднего тока вентильного плеча.

Условия работы вентильных плеч ВП при номинальном режиме определяются средними значениями

токов вентильных плеч I V ,численные значения которых могут быть рассчитаны по формуле:

I V = I d / 6

(4.1 )

I V =

1600 / 6 = 266,6667 (А)

4.1.2.2. Расчет тока вентильного плеча при перегрузке.

Условиями задания на курсовую работу определена работа преобразователей в течении 10 секунд с перегрузкой в К ПЕР = 2 раз по сравнению с с максимальным током вентильного плеча I V MAX .

Iv max =0,5 * Id = 800

(A)

Значение тока вентильного плеча при перегрузке определяется следующим соотношением:

I V ПЕР = К ПЕР * I V MAX

 

(4.2 )

I V ПЕР = 2 * 800 =

1600

(A)

4.1.2.3. Расчет ударного тока при аварийном режиме.

Вентильная часть преобразователя должна выдерживать перегрузки при аварийном режиме. Таким режимом для ВП является глухое КЗ между плюсовым и минусовым выводами при угле регулирония α =0.

Полный ток аварий ного режима состоит из периодической и апериодической соствляющих.Значение амплитуды тока аварийного режима (ударный ток), протекающий через вентильное плечо при КЗ для ВП можно определить по упрощеннной формуле:

 

 

 

 

I 2 НУ

i УД =

255*

 

 

 

 

 

 

 

u K

 

 

 

 

где I 2 НУ = 653

(А) номинальное значение тока вентильной обмотки трансформатора ,

 

 

соединенной в "У" (таблица 3.1)

u K =

14,236

% , напряжение КЗ цепи коммутации (таблица 3.1)

 

 

653

 

i УД =

255*

 

 

 

= 11698,9 (А)

 

 

 

 

 

14,236

 

4.1.3. Расчет допустимых токов одного вентиля

4.1.3.1. Расчет максимально допустимого среднего прямого тока вентиля

Максимально допустимый средний прямой ток I FAVm одного и того же вентиля зависит от схемы преобразователя ,характера нагрузки ,типа охладителя и системы охлаждения. Его величина при заданных условиях определяется по следующей формуле:

 

 

T jm - T a

 

U2(TO) + 4*k2Ф * r T *

 

 

 

- U (TO)

 

 

 

I FAVm =

 

R thja

, где

 

 

 

 

2 * k2Ф*rT

 

U (TO) =

1,1

 

- пороговое напряжение вентиля, В;

kФ =

 

 

 

коэффициент формы кривой тока вентильного плеча, равный отношению

3

 

 

 

 

 

действующего значения тока к среднему;

r T =

0,000124

0 С

- дифференциальное сопротивление вентиля, Ом;

T jm =

175

- максимально допустимая температура вентиля;

T a =

40

 

0 С

- температура охлаждающей среды, зависящая от климатических

 

 

 

 

 

условий и места установки преобразователя;

R thja

- полное тепловое сопротивление "переход - охлаждающая среда", зависящая от типа вен-

 

тиля , охладителя и способа охлаждения.

Величину R thja можно найти по выражению:

R thja = R thjc + R thch + R thha

 

 

 

 

 

 

R thjc =

0,011

0С/Вт

- тепловое сопротивление "переход - корпус";

R thch =

0,01

0С/Вт

- тепловое сопротивление " корпус - поверхность охладителя";

R thha =

0,1

0С/Вт

- тепловое сопротивление " поверхность охладителя - охлаждающая

 

 

 

 

среда ";

 

 

 

 

R thja =

0,011 + 0,01 + 0,1 =

0,121

 

0С/Вт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

175 - 40

 

 

 

 

 

 

 

1,1 + 4*3*0,000124*

 

1,1

 

798,597 (А)

 

 

 

 

 

I FAVm =

 

 

 

0,121

=

 

 

 

2*3*0,000124

 

 

 

 

 

4.1.3.2. Расчет допустимого среднего тока перегрузки вентиля.

В процессе эксплуатации преобразователя вентили могут подвергаться рабочим перегрузкам по току.

Исходными данными для рассчета перегрузок по току являются тип вентиля, тип охладителя, способ и интенсивность охлаждения , форма кривой тока. Допустимая амплитуда тока при длительности перегрузки 0,1…100 с определяется из выражения:

IF(OV) =

1

*

U

2

+ 4 * r

Т

*

T jm - T j + P F(AV) * Z (th) tja

- U(ТО)

(4.6)

 

 

 

 

2 * rТ

(ТО)

 

 

 

0,3 * Z (th) tja + 0,7 * Z (th) tjс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

T j - температура перехода при нагреве его токами предварительной нагрузки;

 

 

P F(AV) - мощность потерь в вентиле, обусловленных токами предварительной нагрузки;

 

Z (th) tja - переходное тепловое сопротивление "переход-охлаждающая среда";

 

 

Z (th) tjс -переходное тепловое сопротивление "переход-корпус";

 

 

Температуру T j , мощность P F(AV) и сопротивление Z (th) tja можно найти из следующих соотношений.

T j = T a + PF(AV) * Rthja

(4.7 )

 

PF(AV) =U(TO)*IFAV + kф2*rT*I2FAV

(4.8 )

 

Z (th) tja = Z (th) tjc + Z (th) tch + Z (th) tha

(4.9 )

где

IFAV - ток предварительной нагрузки вентиля;

 

Z (th) tch - переходное тепловое сопротивление "корпус-поверхность охладителя"; Z (th)tha= 0,02 0 С/Вт - переходное тепловое сопротивление "поверхность

охладителя - охлаждающая среда".

Наиболее тяжелым будет режим с предварительной нагрузкой ,равной номинальному току I dн,т.е.

 

I FAV = I V / a 1

,

 

 

(4.10 )

где

а 1 - число паралльно соединенных вентилей в плече, определенное по формуле 4.11

Число параллельно соединенных вентилей при номинальном режиме

 

 

 

 

 

I V

 

 

 

 

 

 

а 1 =

 

 

 

 

 

 

 

+ a`1

 

(4.11 )

 

 

K I * I FAV m

 

 

 

 

 

 

 

где

K I

= 0,9

 

 

 

- коэффициент ,учитывающий возможное неравномерное распределе-

 

 

 

 

 

 

 

ние тока между паралелльными вентилями;

 

a` -число,округляющее результат расчета до большего целого.

 

 

266,6667

 

 

 

 

 

 

а 1

=

 

 

 

 

 

 

+ a`1 = 0,371+

0,629=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,9 * 798,597

 

 

 

 

266,6667

 

 

 

 

 

 

I FAV =

 

 

=

 

 

266,667 (A)

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Переходные тепловые сопротивления "переход-копус";"корпус-поверхность охладителя" в формуле 4.9 примем равными :

 

 

Z (th) tjc = R thjc =

0,011

0С/Вт

 

 

 

 

 

 

Z (th) tch = R thch =

0,01

0С/Вт

(4.12 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ) 2 *

2

 

 

 

 

PF(AV) =

 

1,1* 266,667 + (

 

 

0,000124 * 266,667 =

319,787 (Вт)

 

T j =

 

40 + 319,787*0,121

 

 

 

78,694 0 C

 

 

 

 

Z (th) tja =

0,011 + 0,01 + 0,02 =

 

 

0,041 0C/Вт

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

175-78,694+319,787*0,041

 

 

 

IF(OV)

=

 

 

*

 

1,1 +

4*0,000124*

 

 

-1,1

=

 

 

 

 

 

 

 

2 * 0,000124

 

 

 

0,3*0,041+0,7*0,011

 

 

 

 

=

 

3551,592 (А)

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1.3.3. Определение ударного неповторяющегося прямого тока вентиля.

Ударный неповторяющийся прямой ток I FSM зависит от типа вентиля , температуры p-n перехода и длительности импульса t i .

Значение I FSM при заданной в курсовой работе длительности протекания аварийного тока, равной

10 с для типа вентиля

ДЛ173-3200

равно:

I FSM =

45000 (А)

 

 

4.1.4. Расчет параллельно соединенных вентилей.

Число параллельно соединенных вентилей определяется по трем выше рассмотренным режимам

(см. п. 4.1.1.)

а) номинальному по формуле 4.11. б)режиму перегрузки

 

 

 

I V ПЕР

 

 

 

a 2 =

 

 

 

+ a`2

 

 

(4.13 )

 

 

 

 

K I * I F(OV)

 

 

 

в) режиму КЗ

 

 

 

 

 

 

i УД

 

 

 

a 3 =

 

 

 

+ a`3

 

 

(4.14 )

 

 

 

 

 

K I * I FSM

 

 

 

где

K I = 0,9

- коэффициент ,учитывающий возможное неравномерное распределе-

 

 

 

 

 

 

 

ние тока между паралелльными вентилями;

a`2,а`3 - числа, округляющие результаты расчета до большего целого.

a 1 = 1

 

 

(шт.)

 

 

 

 

 

 

1600

 

 

 

 

 

 

a 2 =

 

+

0,499 =

1

(шт.)

 

0,9 * 3551,592

 

 

 

 

 

 

11698,9

 

 

 

 

a 3 =

 

+

0,711 =

1

(шт.)

 

0,9 * 45000

 

 

 

 

Окончательно число параллельно соединенных вентилей в каждом плече выберем как наибольшее из трех рассчитанных значений

a= 1 (шт.)

Основные результаты расчета числа параллельно включенных вентилей сведем в таблицу 4.1.

Таблица 4.1. Расчет числа параллельно соединенных вентилей в плече ВП

I V

(A)

266,6667

I V ПЕР

(A)

1600

i УД

(A)

11698,9

R thja

0С/Вт

0,121

Z (th) tja

0С/Вт

0,02

PF(AV)

(Вт)

319,787

I FAVm

(A)

798,597

IF(OV)

(A)

3551,592

I FSM

(A)

45000

a 1

(шт.)

1

a 2

(шт.)

1

a 3

(шт.)

1

а

(шт.)

1

4.2. Последовательное соединение вентилей

Число последовательно соединенных диодов в вентильном плече определяется для следующих трех расчетных режимов:

а) рабочего режима преобразователя ; б) режима повторяющихся перенапряжений;

в) режима неповторяющихся перенапряжений.

Для указанных режимов по исходным данным рассчитываются напряжения ,прикладываемые к вентильному плечу от вентильных обмоток. Так для рабочего режима рассчитывается амплитуда ра-

бочего обратного напряжения U Vmaxля режима повторяющихся перенапряжений - амплитуда повто-

ряющегося перенапряжения U и для режима неповторяющихся перенапряжений - амплитуда неповторяющегося перенапряжения U VПН .

Кроме того ,после выбора класса заданного вентиля определяются его допустимые импульсные обратные напряжения:рабочее U RWM , повторяющееся U RRM и неповторяющееся U RSM.

4.2.2.Расчет амплитуд обратных напряжений,прикладываемых к вентильному плечу от

вентильных обмоток

4.2.2.1.Расчет амплитуды рабочего обратного напряжения UVMAX

Амплитудное значение рабочего обратного напряжения U VMAX , прикладываемого к вентильному в непроводящую часть периода,зависит от схемы и напряжения ХХ преобразователя. Оно может быть найдено по соотношению:

U VMAX =

1,047

*

Ud0

 

(4.15 )

U VMAX = 1,047 *

3,461 =

 

3,624 (кВ) =

3624

(В)

4.2.2.2. Расчет амплитуды повторяющегося перенапряжения

Повторяющиеся (коммутационные) перенапряжения U возникают при включении и отключении преобразователя , а также во время его работы при переходе тока с одного вентильного плеча на другое.

U = К П *

U VМАХ

 

 

(4.16 )

где К П = 1,4

- коэффициент повторяющихся перенапряжений

 

U =

1,4

* 3,624 =

5,074

(кВ) =

5074

(В)

4.2.2.3. Расчет амплитуды неповторяющегося перенапряжения

Неповторяющиеся перенапряжения возникают при грозовых и аварийных явлениях. Для защиты

преобразователей используют разрядники.

 

 

Численное значение неповторяющихся перенапряжений

U VHП

, прикладываемых к вентиль-

ному плечу, зависит от пробивного или остающегося напряжения разрядников, которыми защищен преобразователь

Величину

U VHП

можно определить по формуле:

 

U VНП = К НП * U VMAX

 

 

 

(4.17 )

где КНП=

1,92

- коэффициент неповторяющихся перенапряжений

U VНП =

1,92 * 3,624 =

6,958

(кВ) =

6958

(В)

4.2.3 Выбор класса вентиля

Для того, чтобы в плече не применять последовательное соединение вентилей, класс вентиля должен быть выбран из следующего условия:

 

Uvп

 

5074

 

 

К ≥

 

=

 

=

50,74

(4.18 )

 

 

 

100

 

100

 

 

 

Выбираем класс диода:

 

К = 25

 

 

4.2.4. Определение импульсных обратных напряжений, выдерживаемых одним выбранным вентилем.

Для вентилей каждого класса установлены численные значения рабочего импульсного обратного напряжения URWM ,повторяющегося импульсного обратного напряжения U RRM и неповторяющегося импульсного обратного напряжения U RSM, которые вентиль может выдержать без повреждений.

Для заданного вентиля:

URRM, B

100

К

2500

URSM, B

116

К

2900

UЛ, B

-

 

 

URWM, B

67

К

1675

4.2.5. Расчет числа последовательно соединенных вентилей.

Число последовательно соединенных вентилей в плече преобразователя определяется по трем выше перечисленным режимам (п. 4.2.1.)

а)рабочему

 

 

Uvмах* 1+

∆U1

 

 

 

 

 

 

S1

=

100

 

 

+S'1

 

(4.19 )

 

 

 

 

 

 

 

KU

* URWM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) повторяющихся перенапряжений

 

 

 

 

 

U * 1+

∆U1

 

 

 

 

 

 

S 2

=

100

 

 

+S'2

 

(4.20 )

 

 

 

 

 

 

 

K U

* U RRM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) неповторяющихся перенапряжений

 

 

 

 

 

UVНП* 1+

∆U1

 

 

 

 

 

 

S3

=

101

 

 

+S'3

 

(4.21 )

 

 

 

 

 

 

 

KU

* URSM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

K U = 0,9

 

 

- коэффициент ,учитывающий неравномерное распределение

 

 

 

 

 

 

 

напряжения между последовательносоединенными вентилями;

 

 

∆U1 =

 

3,5%

 

 

- возможное увеличение напряжения питающей сети;

 

 

S1', S2', S3' - число, округляющее расчет до целого;

 

 

 

 

 

3624 *

1+

 

3,5

 

 

 

S1

=

 

 

100

+ 0,512 =

3

шт.

 

 

 

 

 

 

 

0,9 * 1675

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5074 *

1+

 

3,5

 

 

 

S 2

=

 

 

100

+ 0,666 =

3

шт.

 

 

 

 

 

 

 

0,9 * 2500

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6958 *

1+

 

3,5

 

 

 

S3

=

 

 

100

+ 0,241 =

3

шт.

 

 

 

 

 

 

 

0,9 * 2900

 

 

 

 

 

 

 

Окончательное число последовательно включенных вентилей в плече выбирается как наибольшее из трех рассчитанных значений, то есть:

S =

3

(шт)

Основные результаты рассчета сведем в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Расчет числа последовательно соединенных вентилей в плече ВП

Параметр

Значение

UVMAX, B

3624

U, В

5074

UVHП, В

6958

URWM, B

1675

URRM, B

2500

URSM, B

2900

S1, шт.

3

S2, шт.

3

S3, шт.

3

S, шт.

3

4.3. Расчет общего числа вентилей преобразователя

Общее число вентилей N , которое необходимо для коплектации преобразователя равно:

 

N = n * a * S

 

(4.22 )

n =

12

- число вентильных плеч.

N =

12 * 1 * 3 =

36

шт

4.4. Разработка силовой схемы вентильного плеча.

4.4.1. Расчет и выбор устойств выравнивания распределения напряжения

Из - за расхождения обратных ветвей ВАХ вентилей, а также прямых ветвей ВАХ диодов и тиристоров,а также прямых ветвей ВАХ закрытых тиристоров происходит неравномерное распределение напряжения между последовательно включенными вентилями.Это может привести к пробою вентильного плеча,начиная с вентиля,имеющего наименьший обратный ток.Неравномерное распределение прямого напряжения между закрытыми тиристорами может привести к самопроизвольному переключению их в проводящее состояние Для выравнивания распределения напряжения между последовательно включенными вентилями

параллельно им включают шунтирующие резисторы Rш и резисторно емкостные цепи Rв - Св. Сопротивление и мощность шунтирующего резистора находится из следующих выражений:

RШ =

S * URRM - U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( S - 1 ) * IRRM * a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U2

 

 

 

 

 

 

 

(4.21 )

 

 

 

Рш ≥

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 * S2 * Rш

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

IRRM =

0,1

 

(А)

 

 

- повторяющийся импульсный обратный ток

 

RШ =

3 * 2500 - 5074

 

 

=

 

2426

=

12130

(Ом)=

12,13

(кОм)

( 3 - 1 ) * 0,1 * 1

 

 

0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рш =

5074

 

 

 

=

 

25745476

=

58,957

(Вт)

 

 

4*9*12130

 

 

436680

 

 

Выбираем резистор R Ш типа

 

 

 

 

 

ПЭВ-140

с R Н =

4,0

(кОм)

и PMAX =

40 Вт

3 резистора, включенные последовательно.

 

 

 

 

 

Емкость конденсаторов определяется по формуле:

 

 

 

 

 

 

Св ≥

(S - 1) * Qrr

 

 

 

 

(4.22 )

 

 

 

 

4 *(S * U

RRM

- U

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Где

Qrr = 1500

 

мкКл

 

 

заряд восстановления вентилей