Выбор вентилей по напряжению

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

На тему: «ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТИРИСТОРНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА»

 

По дисциплине: «УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ»

 

Автор курсового проекта ________________

С. В. Гераськин

 

Специальность 200400 «Промышленная электроника»

 

Обозначение курсовой работы: КП - 02069964 - 200400 - 27 - 11

 

Руководитель проекта ________________

канд. тех. наук, доц.

С. А. Нестеров

 

Оценка __________

 

Саранск 2011

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н. П. ОГАРЕВА

 

Факультет электронной техники

Кафедра промышленной электроники

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

 

На тему: «ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТИРИСТОРНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА»

 

По дисциплине: «УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ»

 

Автор курсового проекта ________________

С. В. Гераськин

 

Специальность 200400 «Промышленная электроника»

 

Обозначение курсовой работы: КП - 02069964 - 200400 - 27 - 11

 

Руководитель проекта ________________

канд. тех. наук, доц.

С. А. Нестеров

 

Проект защищен __________ Оценка __________

 

Саранск 2011

          КП-02069964-200400-27-11
         
Изм. Лист № докум Подпись Дата
Разраб. Гераськин С. В.     Проектирование тиристорного выпрямительного агрегата Лит. Лист Листов
Провер. Нестеров С.А.          
Реценз.       МГУ ПЭ 412гр.
Н. Контр.      
Утверд.      
                     

 

 

          КР-………-МСИ-3-
         
Изм. Лист № докум Подпись Дата
Разраб. Фамилия И.О.     Название работы Лит. Лист Листов
Провер. Шекера ОБ          
Реценз.       МиМО 30…
Н. Контр.      
Утверд. Big Boss    
                     

 

 
Содержание

Задание для расчета. 3

1. Введение. Выбор и обоснование схемы выпрямления. 5

2. Предварительный расчёт внешней характеристики. 6

3. Выбор вентилей и их тепловой расчёт. 6

3.1. Выбор вентилей по току. 6

3.2. Выбор вентилей по напряжению. 8

3.3. Тепловой расчёт вентиля. 7

4. Расчёт преобразовательного трансформатора. 9

4.1. Предварительное определение основных размеров и числа витков обмоток. 9

4.2. Конструктивный расчёт обмоток. Определение потерь и напряжения короткого замыкания. 12

4.3. Конструктивный расчёт магнитной системы. Определение потерь и тока холостого хода. 15

4.4. Определение КПД трансформатора. 18

4.5. Тепловой расчёт трансформатора в установившемся режиме. 18

5. Расчет сглаживающего фильтра. 19

6. Проверочный расчёт коэффициента наклона внешней характеристики выпрямителя. 23

7. Определение энергетических показателей выпрямителя. 24

8. Список использованной литературы: 25

 


 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КР-02069964-200400-27-11  
Вариант 27

Задание

Рассчитать и спроектировать силовой тиристорный выпрямительный агрегат со следующими параметрами:

§ Выпрямленное напряжение: =200 B

§ Номинальный ток: =300 A

§ Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения: =2%

§ Напряжение питающей сети: 380 B

§ Частота питающей сети: =50Гц

§ Отклонение напряжения питающей сети:

 

Введение. Выбор и обоснование схемы выпрямления.

 

Наиболее часто преобразовательные устройства делят на четыре группы: выпрямители, инверторы, преобразователи частоты и импульсные преобразовательные устройства.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КР-02069964-200400-27-11  
В настоящее время производство электрической энергии осуществляется, главным образом, на переменном трёхфазном токе, промышленной частоты 50 Гц. Однако, переменный ток в силу целого ряда причин не удовлетворяет значительную часть потребителей. Благодаря этому полупроводниковые выпрямительные агрегаты нашли широкое применение в различных областях промышленности: для питания процессов электролиза в цветной металлургии и химической промышленности; для питания системы электропривода постоянного тока различного назначения и мощности; для возбуждения крупных электрических генераторов; для тяговых подстанций и магистральных электровозов переменного тока и для удовлетворения многих других потребностей народного хозяйства.

В выпрямительных агрегатах малой и средней мощности наиболее часто применяют трёхфазную мостовую, шестифазную с уравнительным реактором, трёхфазную нулевую и кольцевую схемы выпрямления.

Среди схем с фазностью выпрямления m = 6 наилучшим использованием трансформатора в сочетании с простотой его конструкции характеризуется трехфазная мостовая схема ( ). В ней, однако, выпрямленный ток протекает через два последовательно включенных вентиля, создавая потери на каждом из них, что снижает к.п.д. выпрямителя. Этот недостаток особенно ощутим при низких значениях выпрямленного напряжения. Поэтому трехфазную мостовую схему рекомендуется применять в установках мощностью до 100 кВт на выпрямленные напряжения , а в более мощных установках – на выпрямленные напряжения . Поэтому, учитывая данные на проектирование: =200 B, =300 A, используем именно трехфазную мостовую схему выпрямления.

2. Предварительный расчёт внешней характеристики.

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КР-02069964-200400-27-11  
Наклон внешней характеристики А зависит от соотношения между потерями выпрямленного напряжения и номинальным значением выпрямленного напряжения :

Эту же величину можно найти исходя из мощности проектируемого выпрямителя (Pd = 20 кВт), величины выпрямленного напряжения ( ), коэффициента пульсации выпрямленного напряжения ( ) и схемы выпрямления (трехфазная мостовая). Ориентировочно, наклон внешней характеристики А = 1,1. Тогда для известного выпрямленного напряжения, через принятый коэффициент наклона вычислим напряжение холостого хода выпрямителя при пониженном, номинальном и повышенном напряжении сети:

где - колебания напряжения сети, от которой питается выпрямитель в относительных значениях. В нашем случае

Разность между максимально возможным напряжением на выходе выпрямителя и стабилизированным напряжением, есть глубина регулирования силового преобразователя:

Косинус максимального угла регулирования вычисляется по формуле:

Реальный угол регулирования больше на величину начального угла регулирования , который принимается равным град. эл. Причём большую величину принимают для более низких выпрямленных напряжений.

 

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КР-02069964-200400-27-11  

 

 

Рисунок 1. Внешняя характеристика схемы

 

3. Выбор вентилей и их тепловой расчёт.

 

Выбор вентилей по току.

 

Выбираем тип вентиля по току, для чего определяем среднее значение тока вентильного элемента:

;

Выбор вентилей по напряжению.

Выбираем тип вентиля по напряжению, для чего определяем амплитудное значение напряжения на нем:

;

Выбираем коэффициент запаса по напряжению КP=2 и определяем значение повторяющегося импульсного напряжения на вентиле:

По величине повторяющегося напряжения на вентиле , округлённой в большую сторону, определяем класс вентиля:

По справочнику выбираем вентиль Т323-200 со следующими параметрами:

U(ТО) = 0,9 В – пороговое напряжение;

r(T) = 0,75 мОм – дифференциальное прямое сопротивление;

Rthjc = 0,065 оС/Вт – установившееся тепловое сопротивление

переход-корпус;

Tjm = 125 оС – максимально допустимая температура перехода.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КР-02069964-200400-27-11  
3.3. Тепловой расчёт вентиля.

Средняя мощность основных потерь тиристора:

Полная мощность потерь в вентиле:

Рассчитаем температуру p-n перехода тиристора в установившемся режиме:

Запас по температуре будет равен:

 

Максимальная мощность, которая может выделяться на вентиле:

 

Рассчитаем максимально допустимый ток тиристора:

Рассчитаем максимально допустимое время перегрузки:

Пусть кратность перегрузки , тогда

 

Мощность, выделяемая на вентиле при перегрузке:

Полная мощность потерь при перегрузке:

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КР-02069964-210106-10-10  
Дополнительное увеличение мощности потерь при перегрузке:

Тепловое сопротивление при перегрузке:

По графику зависимости переходного теплового сопротивления переход-среда определяем время перегрузки: tпер. Это значение больше 20 мс.

Таким образом, вентиль выбран, верно.

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КР-02069964-200400-27-11  
4. Расчёт преобразовательного трансформатора.