Курсовая работа (т): Зависимый преобразователь переменного напряжения в постоянное

Зависимый преобразователь переменного напряжения в постоянное

ЗАДАНИЕ

на проектирование по дисциплине «Судовые полупроводниковые преобразователи»

Тема проекта: Зависимый преобразователь переменного напряжения в постоянное

Технические данные. Вариант №____

Основные параметры:

напряжение на входе____________________

диапазон изменения напряжения__________

число фаз______ частота________

тип силовой схемы преобразователя___________

максимальное выпрямленное напряжение_______

максимальный выпрямленный ток_____________

минимально выпрямленный ток_______________

коэффициент сглаживания___________________

Дополнительные: преимущественный технико-экономический преобразователь

_____________________________________________________________

Содержание расчетно-пояснительной записки

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

Содержание графической части

_____________________________________________________________

____________________________________________________________

Дата выдачи задания «____»____________200 г.

Дата сдачи проекта «____»____________200 г.

Студент :___________________/________

Руководитель:___________________/________

Введение

В электротехнике с разработкой силовых полупроводниковых диодов и тиристоров появилось новое направление - силовая полупроводниковая техника. Преобразователи изготавливаемые на основе данных приборов, начали широко внедряться в различные области электрооборудования. Это стало возможным благодаря глубоким исследованиям процессов в преобразовательных схемах, а также разработкам новых наиболее эффективных систем.

Силовые полупроводниковые преобразовательные устройства служат для преобразования электрического тока и напряжения: переменного тока в постоянный, переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты, низкого постоянного напряжения в высокое постоянное напржение и другие.

В настоящее время наблюдается постоянная тенденция дальнейшего роста использования преобразовательной электроэнергии во многих областях техники, где до этого использовался исключительно трехфазный ток промышленной частоты.

Основными характеристиками преобразовательных устройств, является коэффициент полезного действия, коэффициент мощности, массогабаритные и другие характеристики.

Полупроводниковые преобразовательные устройства обладают высокими регулировочными характеристиками и энергетическими показателями, имеют малые габариты и массу, просты и надежны в эксплуатации, обеспечивают бесконтактную коммутацию токов в силовых цепях, а также регулирование тока и напряжения.

Разработка новых полупроводниковых преобразователей во многом определяется успехами в развитии силовых полупроводниковых приборов. Особое внимание уделяется разработке и совершенствованию новых приборов большой мощности, работающих как переключатели электрического тока(тиристоры, силовые транзисторы). Такие приборы при незначительных внутренних потерях могут управлять большими мощностями, подводимыми к нагрузке.

В настоящее время силовая полупроводниковая техника находит большое применение в области судового электрооборудования. При этом наблюдается качественное изменение роли статических преобразовательных устройств - на ряде типов судов и плавсооружений они становятся одними из главных элементов судовой электроэнергетической установки. Полупроводниковые преобразователи позволяют существенно улучшить характеристики соответствующих устройств и систем. Однако успешное их использование невозможно без изучения режимов работы, Характеристик, процессов в схемах преобразователей.

1. Состав управляемого выпрямителя

Выпрямитель может быть представлен в виде структурной схемы показанной на рис.1.

Рис 1 - Структурная схема выпрямителя.

Через автомат защиты по переменному напряжению подключается силовой трансформатор 2, который служит для согласования входного и выходного напряжений выпрямителя. Трансформатор одновременно электрически разделяет питающую сеть и сеть нагрузки. Через полосовой фильтр 3 сигнал поступает на блок вентилей 4, который осуществляет переменного напряжения в пульсирующее. Сглаживающий фильтр 5 является звеном, уменьшающим пульсации выпрямленного тока в цепи нагрузки 7. В случае управляемого выпрямителя в структуру схемы входит ещё блок СУ, содержащий систему управления вентилями и систему автоматического регулирования. Для защиты самого выпрямителя от повреждения в аварийных режимах в его схему входит ещё система защиты и сигнализации 6.

2. Разработка силовой части преобразователя

.1 Выбор схемы и работа преобразователя

К трехфазным схемам преобразователей относятся: трехфазная схема с нулевой точкой, шестифазная схема с нулевой точкой, шестифазная схема с уравнительным реактором, трехфазная мостовая с симметричной и несимметричной схемами, а также двенадцатифазная схема выпрямления.

Из этого числа схем выпрямления трехфазного тока, практически применяются следующие схемы:

трехфазная схема со средней точкой

трехфазная мостовая схема.

В качестве рабочей схемы принимаем несимметричную трехфазную мостовую схему преобразования, так как она имеет преимущества над трехфазной нулевой схемой: обратное напряжение прикладываемое к вентилю в два раза меньше, напряжение (число витков) вторичной обмотки трансформатора в два раза меньше, нет вынужденного намагничивания сердечника трансформатора и нормальное исполнение обмоток, габаритная мощность трансформатора на 30% меньше, ток первичной обмотки имеет форму синусоиды, допускается соединение первичной и вторичной обмоток трансформатора звездой и треугольником, а также и без трансформатора.

В несимметричную трехфазную мостовую схему преобразователя, представленную на рис.2 входят: преобразовательный трансформатор, выполняющий роль согласующего устройства, три тиристора и три силовых неуправляемых вентиля, которые объединены в две группы, катодную - VS1, VS3, VS5 и анодную - VD2, VD4, VD6. Порядковые номера вентилей соответствуют очередности их срабатывания. В трехфазных схемах включения вентиля определяется не только наличием положительных потенциалов на управляющем электроде и аноде тиристора, но и зависит от величины анодного и катодного потенциалов тиристора. Так, если на управляющие электроды тиристоров одновременно подать положительные потенциалы, достаточные для их включения, в катодной группе откроется тот тиристор, потенциал анода которого выше, чем у других тиристоров катодной группы, а в анодной группе - тиристор, у которого на катоде будет наиболее отрицательный потенциал.

Рис. 2 - Схема преобразователя

-       где, Ud0 - среднее значение выпрямленного напряжения в холостом неуправляемом режиме для мостовой трёхфазной схемы

-       U2Л - линейное напряжение на вторичных обмотках согласующего трансформатора

-       U2Ф - фазное напряжение на вторичных обмотках согласующего трансформатора

-       Данная формула получается при подстановке соответствующих значений в выражение, связывающее количество пульсаций выпрямленного напряжения за 1-н период питающего напряжения.

-       Где, m количество пульсаций выпрямленного напряжения за период, для трёхфазной мостовой схемы .

- Эффективность схемы преобразования по напряжению определяется выражением:

-       где, Kud коэффициент использования схемы по напряжению, для трёхфазной мостовой схемы Kud = 2,34.

-       Величину пульсаций выпрямленного напряжения оценивают с помощью коэффициента пульсаций, представляющего собой отношение амплитуды этой гармоники к Ud0.

-       Для основной гармоники в трёхфазной мостовой схеме имеем:

Коэффициенты повышения мощности трансформатора, использования вентилей по напряжению и току для трёхфазной мостовой схемы имеют следующие соотношения:

; ,  Из всех схем выпрямления они наиболее благоприятны, что объясняет широкое применение данной схемы на судах.

.2 Схема выходного фильтра

Как было сказано, сглаживающий фильтр требуется для устранения пульсаций выпрямленного напряжения до уровня, который требуется по условиям технического задания.

Допустимая величина пульсации на выходе выпрямителя определена на максимальном уровне в 5%, в то время как  т.е. величина пульсаций не сглаженного напряжения составляет 5,7%. Более того, с ростом угла управления форма кривой выпрямленного напряжения ухудшается и  для высших гармоник напряжения и тока возрастает. Из этого вытекает необходимость применения выходного сглаживающего фильтра.

В нашей схеме применим простой однозвённый Г-образный сглаживающий фильтр:

Рис 3. Схема выходного фильтра

3. Расчёт параметров и выбор оборудования

.1.1 Расчёт вентилей по току

Определяем расчётный ток одного вентиля:

где,  число параллельных вентилей, в нашей схеме примем

-       коэффициент деления тока по параллельным вентилям, исходя из принятого числа , определяем

-       коэффициент, зависящий от угла проводимости вентилей и формы импульсов тока: , форма - синусоидальная

-       коэффициент, зависящий от частоты: ,

-       коэффициент амплитуды тока, в зависимости от угла проводимости: ,

-       коэффициент, зависящий от ПТЭП,.

Довольно точно средний ток вентиля можно оценить из условия . В этом случае:

где,  средний ток одного вентиля.

При выборе вентиля учтём все полученные величины.

3.1.2 Расчёт вентилей по напряжению.

Определяем допустимое напряжение вентиля:

Где,  число последовательно включённых вентилей, принимаем

-       коэффициент распределения напряжения по последовательно включённым вентилям, при  определяем

-       коэффициент, зависящий от ПТЭП,

3.1.3 Выбор вентилей

Опираясь на полученные данные, выбираем наиболее близкий по параметрам тип тиристора: Т-151-100-6:

-       Номинальный ток

-       Номинальное напряжение

-       Прямое падение напряжение при номинальном токе

-       Ток управления

-       Напряжение управления

-       Допустимая скорость нарастания прямого тока

-       Допустимая скорость нарастания прямого напряжения

-       Обратный ток при номинальном напряжении

Охлаждение воздушное принудительное, скорость охлаждающего воздуха

, тип охладителя - шестирёберный .

Диод: ВК100 (2Д141-100-6)

-       Номинальный ток

-       Прямое падение напряжения при номинальном токе

-       Обратное напряжение

Охлаждение воздушное принудительное, скорость охлаждающего воздуха

, тип охладителя - шестирёберный .

.2 Расчёт трансформатора

.2.1 Определение исходных данных

Выбор или расчёт согласующего трансформатора произведем, опираясь на данные технического задания. Явно заданы: число фаз m и напряжение питающей сети. Линейное напряжение на вторичной обмотке трансформатора, а также токи в обмотках и типовая мощность могут быть найдены из остальных имеющихся данных.

Линейное напряжение на вторичной обмотке трансформатора может быть вполне точно найдено из условия получения максимального выпрямленного напряжения на выходе преобразователя, при минимальном напряжении сети, что описывается следующим выражением:

где,  прямое падение напряжение при номинальном токе

-       падение напряжения на индуктивности трансформатора, примем

-       , число пульсаций за период для данной схемы

-       диапазон изменения входного напряжения

-       минимальный угол управления, примем

Типовая мощность трансформатора в трёхфазной мостовой схеме определяется как:

Кроме того, необходимо предусмотреть запас мощности на подмагничивание сердечника трансформатора, а также общий запас по мощности. По этому  принимаем: