Курсовая работа (т): Проектирование тиристорного выпрямительного агрегата

Проектирование тиристорного выпрямительного агрегата

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине:

Устройства преобразовательной техники

На тему:

Проектирование тиристорного выпрямительного агрегата

Содержание

Задание для расчета

Введение. Выбор и обоснование схемы выпрямления

1. Предварительный расчёт внешней характеристики

2. Выбор вентилей и их тепловой расчёт

2.1 Выбор вентилей по току

2.2 Выбор вентилей по напряжению

2.3 Тепловой расчёт вентиля

3. Расчёт преобразовательного трансформатора

3.1 Предварительное определение основных размеров и числа витков обмоток

3.2 Конструктивный расчёт обмоток. Определение потерь и напряжения короткого замыкания

3.3 Конструктивный расчёт магнитной системы. Определение потерь и тока холостого хода

3.4 Определение КПД трансформатора

3.5 Тепловой расчёт трансформатора в установившемся режиме

. Расчет сглаживающего фильтра

5. Проверочный расчёт коэффициента наклона внешней характеристики выпрямителя

6. Определение энергетических показателей выпрямителя

Заключение

Список использованной литературы

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.

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.

1. Предварительный расчёт внешней характеристики

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 (P_d = 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.

Рисунок 1. Внешняя характеристика схемы

2. Выбор вентилей и их тепловой расчёт

2.1 Выбор вентилей по току

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

;

.2 Выбор вентилей по напряжению

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

;

Выбираем коэффициент запаса по напряжению К_P=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;

R_thjc = 0,065^оС/Вт - установившееся тепловое сопротивление переход-корпус; T_jm = 125^оС - максимально допустимая температура перехода.

.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:

Дополнительное увеличение мощности потерь при перегрузке:

Тепловое сопротивление при перегрузке:

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

Таким образом, вентиль выбран, верно.

3. Расчёт преобразовательного трансформатора

.1 Предварительное определение основных размеров и числа витков обмоток

Напряжение вторичных обмоток трансформатора определяется по выпрямленному напряжению холостого хода при номинальном напряжении питающей сети:

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определяется по среднему значению выпрямленного тока в номинальном режиме:

Габаритная мощность силового трансформатора:

Величину тока первичной обмотки вычислим через габаритную мощность трансформатора и напряжение, приложенное к первичной обмотке:

где  - фазность первичной обмотки;

Исходя из фазности питающей сети и схемы выпрямления, выбираем трёхфазный трёхстержневой трансформатор.

Мощность, приходящаяся на один стержень:

Выбираем марку стали магнитопровода 3411 и вычислим предварительное значение ЭДС одного витка:

где  - конструктивный коэффициент ();

 - отношение массы стали к массе меди;

 - индукция в стержне ();

 - плотность тока в обмотках ();

Число витков первичной и вторичной обмоток:

;

Уточним коэффициент трансформации и число вольт на виток:

Определим сечение стержня и диаметр окружности, описанной вокруг него:

где  - коэффициент заполнения сечения отверстия сталью;

 - коэффициент заполнения площади круга сердечника;

Выбираем внутренний диаметр изолирующего цилиндра , при этом условии цилиндр будет плотно сидеть на стержне.

Выбираем изоляционные расстояния равными:

где  - расстояние от внутренней поверхности первичной обмотки до наиболее выступающей части стержня;

 - расстояние от наружной поверхности первичной обмотки до внутренней поверхности вторичной обмотки;

 - расстояние между катушками разных фаз трансформатора;

 - расстояния от катушек до ярма;

Предварительные геометрические размеры обмоток равны:

а) Радиальная толщина первичной обмотки:

где k₁ = 1,1; k₂ = 0,75.

б) Радиальная толщина вторичной обмотки:

в) Диаметры обмоток:

Средний диаметр первичной обмотки:

Средний диаметр вторичной обмотки:

Средний диаметр обеих обмоток:

где δ₁₂=0,6 (взято из условия δ₁₂<a₁₂) - изоляционный промежуток между первичной и вторичной обмотками;

D_цн=15 - наружный диаметр изоляционного цилиндра.

Средняя длина витка обмоток:

Высота катушек:

, где

 - коэффициент приведения идеального поля рассеяния к действительному;

Длина стержня магнитопровода:

3.2 Конструктивный расчёт обмоток. Определение потерь и напряжения короткого замыкания

I. Сечение витка первичной обмотки для цилиндрического провода круглого сечения:

Поскольку q^’₁>10мм², обмотки выполняются из 3 параллельных проводов m_n=3. Выберем медный провод (класс нагревостойкости изоляции F ()) ПСД по ГОСТ 7019-80 со следующими параметрами: