3.4. Расчет продолжительности коммутации тока
Процесс преобразования электрической энергии представляет собой регулярное чередование внекоммутационных и коммутационных интервалов в пределах каждого периода сетевого напряжения, поэтому необходимо определить продолжительность коммутации тока (значение угла коммутации ). С учетом принятых в курсе преобразовательной техники допущений (симметричные синусоидальные питающие напряжения, абсолютно сглаженный ток на стороне постоянного напряжения, отсутствие взаимного влияния секций в сложных схемах, расчет при нагрузках, не превышающих номинальной и др.) можно определить угол коммутации и оценить его влияние на работу преобразователя.
В теории преобразователей определена зависимость между углом коммутации, током нагрузки и параметрами данной схемы [3, 5, 6].
Обобщенное для всех схем и режимов выражение, определяющее , имеет вид [3, 5, 6]:
,
(16)
где – искомый угол коммутации;
– угол регулирования (в неуправляемом режиме = 0, в инверторном = – );
– угол опережения открытия тиристоров;
xв – индуктивное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к напряжению вентильных обмоток,
;
(17)
IV max = f(Id) – ток, который коммутируют вентильные плечи данной схемы.
В данном разделе следует рассчитать при Id ном для случая = 0 и для заданного режима. Это позволит сравнить значения угла коммутации в разных режимах и выполнить построение диаграмм процессов в схеме.
Второй раздел расчетно-пояснительной записки должен иметь следующие заголовок и содержание.
2. Расчет основных параметров схемы преобразователя.
2.1. Расчет напряжений на элементах схемы.
2.2. Расчет токов в цепях схемы.
2.3. Расчет мощностей трансформатора.
2.4. Расчет продолжительности коммутации тока.
При проведении расчетов необходимо указывать наименование параметра и расчетное выражение с расшифровкой входящих в него величин. Расчет численных значений токов, напряжений, мощностей и сопротивлений производить в именованных единицах.
При выполнении разд. 2 рекомендуется использовать литературу 3 – 7, 9.
4. Выбор трансформатора
Трансформатор преобразователя должен обеспечить реализацию заданной схемы, надежность и экономичность агрегата. При выборе трансформатора необходимо добиться соответствия паспортных данных условиям эксплуатации. При этом выбор производится по следующим критериям:
1) по соответствию параметрам питающей системы. Первичная (сетевая) обмотка трансформатора и подведенная питающая сеть должны иметь одинаковое число фаз m1 и равные значения номинального линейного напряжения;
2) по мощности. Мощность трансформатора должна обеспечить надежную работу преобразователя во всем диапазоне нагрузок, для этого при выборе трансформатора необходимо соблюдение условия:
Sтип
Sт.ном,
(18)
где Sтип типовая (расчетная) мощность трансформатора, определенная в разд. 2 для проектируемого преобразователя;
Sт.ном номинальная мощность выбранного типа трансформатора, соответствующая одному из установленных значений шкалы номинальных мощ-ностей трансформаторов, выпускающихся в России;
3) по схеме вторичных (вентильных) обмоток. Схема вентильных обмоток выбранного трансформатора должна соответствовать заданной. Отсутствие в обозначении сведений о схемах и группах соединения вторичных обмоток требует, чтобы при выборе трансформатора они были указаны дополнительно;
4) по системе охлаждения. Выбор системы охлаждения производят в зависимости от типовой мощности и условий эксплуатации трансформатора (от назначения преобразователя). Применяемые в составе преобразователя трансформаторы могут быть сухими или масляными. В настоящее время сухие трансформаторы изготавливаются мощностью до 12500 кВ∙А, на тяговых подстанциях электрических железных дорог постоянного тока их применение только началось. При выборе преобразовательного трансформатора для тяговой или тяговопонизительной подстанции метрополитена, расположенной, как правило, под землей, для обеспечения пожаробезопасности следует выбирать сухие трансформаторы.
При оформлении выбора трансформатора для работы его в составе проектируемого преобразователя необходимо указать критерии, по которым он выбирался. Выбор трансформатора завершается определением его типа с указанием полного условного обозначения и дополнительных данных (схема и группа соединения обмоток, схема преобразователя, потери холостого хода и короткого замыкания, назначение, климатическое исполнение и категория размещения).
Пример условного обозначения выбранного трансформатора:
Т
Р Д П – 12500 / 10ЖУ1
трехфазный трансформатор;
расщепленные вентильные обмотки;
масляное охлаждение с принудительной циркуляцией (дутьем) воздуха;
для питания полупроводникового выпрямителя;
номинальная мощность, кВ·А;
номинальное сетевое напряжение, кВ;
для выпрямителей железных дорог;
для районов с умеренным климатом;
установка на открытом воздухе.
Дополнительные данные:
схема и группа соединений обмоток –
;
схема преобразователя – двенадцатипульсовая последовательного типа;
потери холостого хода Рх.х = 16 кВт;
потери короткого замыкания Рк.з = 71,5 кВт.
Исполнение трансформаторов, предназначенных для работы в соответствующих климатических районах (кроме указанного в примере – У) также обозначают следующими буквами: ХЛ – для районов с холодным климатом; Т – для районов с тропическим климатом.
В зависимости от места размещения при эксплуатации различают следующие типы исполнения трансформаторов по категориям, которые также обозначают цифрами: 1 – установка на открытом воздухе; 2 – установка в помещениях, где колебания температуры и влажности несущественно отличаются от внешней среды; 3 – закрытые помещения с естественной вентиляцией, где колебания температуры и влажности значительно меньше, чем на открытом воздухе; 4 – закрытые помещения с искусственно регулируемыми климатическими условиями; 5 – помещения с повышенной влажностью.
Типы и параметры наиболее широко применяемых трансформаторов преобразователей приведены в литературе 4, 10 – 14.
Третий раздел расчетно-пояснительной записки должен иметь следующие заголовок и содержание.
3. Выбор трансформатора.
3.1. Критерии выбора трансформатора.
3.2. Тип выбранного трансформатора и его основные параметры.