контрольная работа (Расчет управляемого вентильного преобразователя)

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Институт энергетики и автоматизированных систем

Кафедра Электроники и микроэлектроники

Задание

Расчет управляемого вентильного преобразователя (выпрямителя или зависимого инвертора).

Вариант №30

Выполнил: студент группы АНб-14-2

Михайлицын А.С.

Проверил: д.т.н. профессор кафедры ЭиМЭ

Петушков М.Ю.

Магнитогорск 2017

Исходные данные :

• Среднее значение напряжения в звене постоянного тока U_dн = 190 В

• Среднее значение тока в звене постоянного тока I_dн = 1000 А

• Диапазон регулирования напряжения в звене постоянного напряжения D = 31 при постоянном токе I_dн

• Коэффициент гармоник тока в звене постоянного тока не хуже К_Г.Т 30%

• Номер варианта (задается преподавателем) N = 30

• В варианте с N = 30 требуется рассчитать зависимы инвертор.

Задание 1. Независимые инверторы преобразуют энергию источника постоянного тока в переменный с отдачей ее в сеть переменного тока. В ведомых инверторах стремятся применить трехфазную мостовую схему (рисунок 1). Ее отличает лучшее использование тиристоров, а также более высокий коэффициент мощности. Ввиду меньшей амплитуды и более высокой частоты пульсации напряжения для сглаживания тока здесь требуется реактор с существенно меньшей индуктивностью.

Рисунок 1 – Схема трехфазного мостового инвертора

Задание 2. Построить временные диаграммы: при

Для упрощения построений примем, что

Ниже приведены временные диаграммы при

Рисунок 2 – Временная диаграмма

Рисунок 3– Временная диаграмма

Рисунок 4– Временная диаграмма тока

Задание 3. Электрический расчёт схемы, который включает в себя выбор вентиля, трансформатора и элементов фильтра.

Исходные параметры выпрямителя:

I_d = 1000 А, U_d = 190 В, K_п = 1,045, K_сх = 2,34.

Выбор трансформатора.

Найдем максимально выпрямленное напряжение по формуле:

Выпрямленное и фазное напряжения вторичной обмотки трансформатора в трёхфазной мостовой схеме связаны между собой соотношением:

где ;

U_d0 – среднее значение выпрямленного напряжения;

U_2ф – действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Действующие токи фаз вторичной и первичной обмоток трансформатора найдем по формуле:

,

где I_d - среднее значение выпрямленного тока.

Рассчитаем мощность трансформатора :

Расчётные мощности первичной и вторичной обмоток трансформатора одинаковы и равны типовой мощности трансформатора:

Воспользуемся соотношением:

Тогда имеем:

При выборе трансформатора в первую очередь смотрят на параметры и Исходя из полученных значений, выбираем трансформатор ТС-400/10:

S_ном= 400 кВА, U_1H = 380 В, U_2H = 205 В.

Найдем максимально выпрямленное напряжение трансформатора:

Рассчитаем коэффициент трансформации трансформатора :

Найдем действующее значение тока во вторичной обмотке:

Полное сопротивление фазы трансформатора, приведённое к вторичной обмотке найдем по формуле:

где – напряжение короткого замыкания.

Рассчитаем активное сопротивление трансформатора:

где – потери короткого замыкания;

m – число фаз.

Найдем индуктивность фазы трансформатора по формуле:

где Z_Т – полное сопротивление фазы трансформатора, приведенное к вторичной обмотке;

R_Т – активное сопротивление фазы трансформатора;

m – число фаз обмотки трансформатора;

X_Т – индуктивное сопротивление фазы трансформатора;

L_Т – индуктивность фазы трансформатора.

Задание 4. Для выбора тиристоров необходимо учитывать номинальные значения выбранного трансформатора.

В преобразователе используем тиристоры серии ТО132-40-8: Максимальное обратное напряжение Uобр.,В - 800

Макс. повторяющ. импульсное напр. в закрытом состоянии Uзс.повт.макс.,В - 800

Макс. среднее за период значение тока в открытом состоянии Iос.ср.макс.,А - 40

Макс. кратковременный импульсный ток в открытом состоянии Iкр.макс.,А - 0.75

Макс. напр. в открытом состоянии Uос.макс.,В - 1.75

_{Выбрав тиристоры и определив индуктивность вторичной обмотки трансформатора необходимо уточнить значение} U_d.

Рассчитаем угол коммутации:

Сопротивление фазы трансформатора на нагрузке найдем по формуле:

Рассчитаем сопротивление на нагрузке трансформатора:

Найдем индуктивность фазы трансформатора по формуле:

Рассчитаем RC – фильтр, рассчитанный на частоту 300 Гц

Рисунок 5 – RC – фильтр, рассчитанный на частоту 300 Гц

Зависимость внешней характеристики от номинального тока представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Зависимость внешней характеристики от номинального тока

Регулировочная характеристика выпрямителя с углом управления 30°представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Регулировочная характеристика выпрямителя

Коэффициент полезного действия

Рисунок 8- Зависимость КПД от выпрямленного тока

Задание №5.Оценка массы и габаритов преобразователя.

Таблица 3 – Определение массогабаритных показателей

Наименование	Вес, кг	Количество
Трансформатор ТС-400/10	127	1
Тиристор ТО132-40-8.	0,096	6
Радиатор О271-110	1,570	6
Итого:	137

Массогабаритные показатели устройства находим примерно из массогабаритных показателей его составляющих. Вес данного устройства получился 137 кг. Размеры данного устройства: Размер трансформатора: длина 510 мм, высота 450 мм, ширина 310 мм.