Курсовая работа (т): Проектирование тиристорного выпрямительного агрегата

Найдём действительную плотность тока в обмотке:

Предварительное число витков в слое обмотки:

где  - коэффициент заполнения обмоток по высоте;

Число слоёв первичной обмотки и количество витков в слое:

Окончательные размеры первичной обмотки равны:

Высота:

Радиальная толщина:

где  - коэффициент заполнения обмотки по ширине;

Окончательно уточним значения:

Средний диаметр первичной обмотки:

Средняя длина витка обмотки:

Масса меди обмотки:

где j_M - плотность материала обмотки;

S - число стержней трансформатора;

Потери в первичной обмотке:

где k_q = 1,02- коэффициент добавочных потерь,

ρ_M = 2,41 Вт/кг - удельные потери в меди.

II. Определяем предварительное сечение провода вторичной обмотки:

где j_М - плотность тока во вторичной обмотке

Зададимся предварительным числом слоёв: n_СЛ2 = 2, тогда число витков:

Вычисляем предварительные размеры витка обмотки:

а) высота витка:

б) ширина витка:

Выбираем провод марки ПСД прямоугольного сечения по ГОСТ 7019-80, класс нагревостойкости - F:

Уточним плотность тока в обмотке:

Определим действительные размеры обмотки:

а) высота катушки:

б) радиальная толщина:

в) средний диаметр обмотки:

г) средняя длина витка обмотки:

Масса меди вторичной обмотки:

где γ_М = 8,9 г/см³- плотность меди обмотки.

Потери в меди вторичной обмотки:

Потери короткого замыкания:

где k_M = 1,08 - коэффициент добавочных потерь;

Напряжение короткого замыкания:

а) активная составляющая:

б) реактивная составляющая:

где

в) полное напряжение короткого замыкания:

Активное и реактивное сопротивления короткого замыкания:

тиристорный выпрямитель трансформатор ток напряжение

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

Размеры ступеней стержня, обеспечивающие максимальное заполнение площади круга площадью 4-ех ступенчатой фигуры определим по формулам:

a₁ = 0,312∙D₀ = 0,312∙14 = 4,4 см;

а₂ = 0,532∙D₀ = 0,532∙14 = 7,4 см;

а₃ = 0,707∙D₀ = 0,707∙14 = 9,9 см;

a₄ = 0,847∙D₀ = 0,847∙14 = 11,9 см;

a₅ = 0,950∙D₀ = 0,950∙14 = 13,3 см;

Толщину пакетов вычислим по формулам:

b₁ = 0,5∙ (а₄ - а₃) = 0,5∙ (13,3 -11,9) = 0,7 см;

b₂ = 0,5 (а₃ - а₂) = 0,5∙ (11,9 - 9,9) = 1 см;

b₃ = 0,5∙ (а₂ - a₁) = 0,5∙ (9,9 - 7,4) = 1,25 см;₄ = 0,5∙ (а₂ - a₁) = 0,5∙ (7,4 - 4,4) = 1,5 см;₅ = 0,5∙ a₁ = 0,5∙ 4,4 = 2,2 см.

Площадь сечения стержня:

Активное сечение стержня:

где К_С = 0,95- коэффициент заполнения сталью.

Действующее значение индукции в стержне:

Активная площадь сечения ярма:

где  - коэффициент усиления ярма;

Геометрические размеры прямоугольного ярма:

а) ширина ярма:

б) высота ярма:

Индукция в ярме:

Окончательные размеры сердечника:

а) длина стержня:

б) расстояние между осями соседних стержней:

Масса стали стержней:

где  - плотность стали;

Масса стали ярма:

Полная масса стали сердечника:

Проверим ранее принятое соотношение:

Расчет режима холостого хода.

Определим массу стали ярм, приходящуюся на «узлы» сердечника:

Для стали марки 3411,с толщиной листа 0,35, с отжигом после механической обработки, при прямых стыках, потери в углах составляют:

где  и  - удельные потери в 1кг стали сердечника и ярма (из табл. 5);

 - коэффициент увеличения удельных потерь за счёт отклонения магнитного потока от направления прокатки;

Полные потери в стали сердечника:

Ток холостого хода трансформатора:

а) активная составляющая:

б) реактивная составляющая:

В_я=1,2 Тл, В_с=1,38 Тл, поэтому выбираем:

q_хс=7, 7 ВА/кг; q_хя=3,85ВА/кг; q^/_δс=1,225 ВА/см²; q^//_δя=0,466 ВА/см²;

Реактивная мощность Х.Х.:

тогда:

в) абсолютное значение тока холостого хода и его относительная величина:

.4 Определение КПД трансформатора

Коэффициент полезного действия трансформатора в номинальном режиме:

3.5 Тепловой расчёт трансформатора в установившемся режиме

Температура нагрева обмоток трансформатора:

где a=20·10^-4, DΘ_c=10°C - перепад температуры от внутренних слоев обмоток к наружным

DΘ=40°C - температура окружающей трансформатор среды,_об и S_серд - открытая поверхность обмоток и сердечника трансформатора, которые соответственно равны:

где K=0,85 - коэффициент, учитывающий открытую поверхность катушек.

Окончательно получим:

Максимально допустимая температура изоляции обмоточных проводов

составляет 155(класс нагревостойкости F), что превышает температуру обмоток в установившемся режиме (133), следовательно, марка провода (ПСД) выбрана правильно.

4. Расчет сглаживающего фильтра

1. Суммарное значение коэффициента пульсаций, определяемое из выражения:

. Находим коэффициент сглаживания:

;

где b_н=2 - величина коэффициента пульсаций в номинальном режиме.

Будем использовать Г-образный LС фильтр.

3. Вычисляем значение произведения LC:

Задавшись значением С=5000 мкФ, определяем предварительное значение индуктивности фильтра:

. Устанавливаем частоту собственных колебаний LC-контура:

При правильно выбранных значениях LC должно выполняться условие:  

Это условие выполняется, следовательно, значения L и C выбраны, верно.

На первом этапе выбираем конструкцию стержневого сглаживающего дросселя с двумя катушками и сердечником из стальной ленты марки 3421 (ГОСТ 21427.1-75), толщиной 0,35 мм. Принимаем коэффициент заполнения сердечника К_с=0,93; амплитуду эквивалентной синусоидальной индукции В_mэст=0,75 Тл, В_о=0,7 Тл. А также коэффициенты: ν=0,01 - учитывающий падение магнитного потока в стали сердечника; x=0,08 - потокосцепление обмотки с шунтирующим потоком, К_L = 1.

Амплитуда эквивалентной синусоиды тока:

Рассчитываем конструктивный коэффициент:

Находим отношение:

Принимаем длину зазора l=20 мм.

Геометрическое сечение стали: S'_ст=59 см².

Активное сечение стали:

Выбираем стальную ленту шириной, а=8 см. Тогда толщина сердечника:

=S'_ст/a=64/8 = 8 см,

т.е. форма сечения является квадратной, для нее коэффициент заполнения круга:

Число витков:

Возьмем плотность тока равной j'=2,5 А/мм², тогда сечение провода:

Выбираем провод ПСД прямоугольного сечения по ГОСТ 7019-80: q_пр=25,7мм² со следующими параметрами: h_миз = 8,4мм, b_миз = 3,28мм. Класс нагревостойкости F (до 155 С⁰). При этом обмотку будем выполнять из 5 параллельных проводов.

Действительное сечение q = 5 × 25,7= 128,5мм²

Действительная плотность тока:

Выполняем обмотку в 2 слоев по 4 витков из 5 параллельных проводов в каждом слое.

Высота обмотки:

Ширина обмотки:

,

где К_укл = 1,1 - коэффициент укладки,

К_всп = 1,2 - коэффициент выпучивания.

Площадь круга, ограниченного окружностью, описанной вокруг сердечника:

Его диаметр:

Принимая изоляционное расстояние D₀+D₁=1см, получим внутренний диаметр обмотки:

Внешний диаметр обмотки:

Средний диаметр витка:

Длина провода обмотки:

Масса меди:

Потери в меди:

Принимаем высоту окна:

,

где l_о - величина изоляционного расстояния между катушкой и ярмом.

Расстояние между катушками: D_к1,2=1 см.

Средняя длина магнитной линии:

Масса стали:

где j_с - плотность стали.

Потери в стали:

P_ст = k_cq∙ρ∙G_cт = 1,01∙0,97∙47=46 Вт.

Полные потери в дросселе:

P_Ф = Р_М + P_ст = 264,2+46 = 310,2 Вт.

Масса активных материалов:

G_акт = G_ст + G_м =47+20=67 кг.

Отношение массы стали к массе меди:

5. Проверочный расчёт коэффициента наклона внешней характеристики выпрямителя