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

Очевидно, трансформатор необходимо рассчитать. В рамках данного курсового проекта ограничимся лишь электромагнитным расчётом трансформатора.

Окончательно формируем исходные данные:

-       Линейное напряжение обмотки ВН:

-       Линейное напряжение обмотки НН:

-       Типовая мощность:

-       Частота питающей сети:

-       Напряжение короткого замыкания (% от номинального):

-       Ток холостого хода (% от номинального):

-       Потери холостого хода:

-       Потери короткого замыкания:

-       Число фаз:

3.2.2 Электромагнитный расчет трансформатора

Коэффициент трансформации

Мощность на один стержень:

Токи в обмотках ВН и НН:

Активная составляющая , %:

Реактивная составляющая , %:

Определим диаметр стержня трансформатора:

Справочные данные:

-       Коэффициент Роговского (приведения идеального поля рассеяния к реальному):

-       Коэффициент для определения ширины приведенного канала рассеяния:

Определяем ширину приведённого канала рассеяния:

-       Коэффициент, определяющий соотношение основных размеров: - стандартное значение для серий ТСП/ТСПЗ

-       Рекомендуемое значение индукции в сердечнике трансформатора:

-       Коэффициент заполнения сталью сердечника трансформатора:  - стандартное значение для серий ТСП/ТСПЗ.

Определяем диаметр стержня трансформатора:

Примем ближайшее стандартное значение:

Активное сечение стали стержня:

Определим ЭДС витка:

Средний диаметр витка обмоток ВН и НН:

где, , коэффициент, связывающий  и средний диаметр витка обмоток ВН и НН .

Высота обмотки:

Расчёт обмотки НН:

Число витков на одну фазу обмотки НН:

Уточняем значение ЭДС витка обмотки НН:

Уточняем значение индукции в стержне:

Ориентировочная плотность тока в обмотке НН:

-       , коэффициент, учитывающий добавочные потери.

Ориентировочное сечение витка обмотки НН:

Число витков в слое:

Выбираем двухслойную цилиндрическую обмотку.

Ориентировочная высота витка:

Выбираем провод ПСДК  - намотка на ребро, левая.

Сечение витка:

Плотность тока:

Высота витка:

Осевой размер обмотки:

Радиальный размер обмотки:

Внутренний диаметр обмотки:

Наружный диаметр обмотки:

Определим приблизительную длину провода обмотки НН:

Радиус первого слоя:

Радиус второго слоя:

Длина обмотки:

Масса меди обмотки НН:

где, , число фаз обмотки

, плотность меди.

Расчёт обмотки ВН:

Число витков на одну фазу обмотки ВН:

Ориентировочная плотность тока в обмотке ВН:

Ориентировочное сечение витка обмотки ВН:

Суммарный радиальный размер проводов обмотки ВН для данного сечения:

где,  , ориентировочная высота обмотки (по п.п. 3.2.2.10)

Выбираем провод ПСДК  - число параллельных проводов

Полное сечение витка:

Число витков в слое:

Число слоёв в многослойной цилиндрической обмотке:

Класс напряжения обмотки ВН - до 1000В, толщина межслойной изоляции

Радиальный размер обмотки:

Внутренний диаметр обмотки:

Наружный диаметр обмотки:

Определим приблизительную длину провода обмотки ВН:

Радиус первого слоя:

Длина обмотки:

Масса меди обмотки ВН:

.3 Расчёт параметров выходного фильтра

Как было упомянуто, выходной фильтр используется для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения, то есть для сглаживания его пульсации. Эффективность фильтра обычно оценивается коэффициентом сглаживания основной гармоники:

По данной величине  определяют параметры выходного фильтра. Параметры для Г-образного LC фильтра рассчитываются по выражениям:

Где,

-       , количество пульсаций за период

-       , максимальное сопротивление нагрузки

-       , частота основной гармоники

Приближённо примем

Рассчитаем ёмкость (в микрофарадах) фильтра по упрощённой формуле:

Приближённо примем

.4 Выбор автоматических выключателей и расчёт RC цепочек

.4.1 Выбор автоматических выключателей

Как было сказано выше, для подключения преобразователя к сети и нагрузки к преобразователю, а так же для защиты от токов короткого замыкания в случае аварии необходимо установить соответствующие автоматические выключатели со стороны переменного и постоянного тока. Выбор производим на основании известных параметров:

-       Номинального тока первичной обмотки согласующего трансформатора

-       Максимального выпрямленного тока

По каталогу выбираем следующие выключатели:

На сторону переменного тока, A3726БР с номинальным током расцепителя. Характеристики данного автоматического выключателя:

Выключатель автоматический,, рассчитан на переменный ток частотой 50Гц и напряжением до 400В и постоянный ток напряжением до 440В, регистровский (морской).

-   Число полюсов: 3

-       Тип расцепителя: термобиметаллический

-       Ток уставки расцепителя:

-       Время срабатывания:, в зависимости от условий эксплуатации (при вибрации  возрастает).

На сторону постоянного тока, A3736БР с номинальным током расцепителя

 . Выключатель автоматический,, рассчитан на переменный ток частотой 50Гц и напряжением до 400В и постоянный ток напряжением до 440В, регистровский (морской).

Характеристики данного автоматического выключателя:

-   Число полюсов: 3

-       Тип расцепителя: электромагнитный

-       минимальный: ток уставки расцепителя

Время срабатывания:

.4.2 Расчёт RC цепочек

Для защиты вентилей от перенапряжения параллельно к ним включаются последовательные RC цепочки. Данный вид защиты позволяет избежать электрического пробоя вентилей при коммутациях и кратковременных скачках напряжения сети. Опорными параметрами для расчёта цепочки являются максимальный прямой ток и максимальное обратное напряжение на вентиле.

Рис. 4 Схема демпфирующей RC цепочки

Определим значение ёмкости конденсатора:

где,  демпфирующая ёмкость

-       максимальное значение обратного тока вентиля (п.п. 3.1)

-       максимальное значение прямого тока вентиля (п.п. 3.1)

-       максимальное значение обратного напряжения вентиля (п.п. 3.1)

Демпфирующее сопротивление RC цепочки определяем как:

.5 Система охлаждения вентилей

Для выбранного типа тиристоров Т-151-100-6 в справочной литературе рекомендуется принудительное воздушное охлаждение со скоростью охлаждающего воздуха , тип охладителя - шестирёберный.

4. Проектирование системы импульсно-фазового управления

.1 Разработка структурной схемы системы импульсно-фазового управления

.1.1 Задачи СИФУ и выбор принципа её построения

В управляемом выпрямителе СИФУ обеспечивает плавное изменение напряжения на выходе преобразователя путём изменения величины угла отпирания вентилей. От правильной работы системы зависит как качество выпрямленного напряжения, так и надёжность всего преобразователя в целом. Несмотря на широкое разнообразие схемно-структурных решений СИФУ, которые варьируются в зависимости от типа преобразователя и области применения, функции системы могут быть сведены к решению двух основных задач:

-       Точное определение моментов времени, в которые должны быть включены те или иные вентили. Эти моменты времени однозначно задаются управляющим сигналом, который поступает на вход СИФУ и, в конечном счёте, определяет значения выходных параметров преобразователя.

-       Формирование управляющих импульсов, передаваемых в требуемые моменты времени на управляющие электроды вентилей, и имеющих требуемые параметры (напряжение, ток, мощность, длительность, форму) для обеспечения надёжного отпирания оных вне зависимости от величины угла управления.

Первая задача по своей сути сводится к преобразованию управляющего сигнала (напряжение, ток или цифровой код) во временной интервал. Для зависимого (ведомого сетью) выпрямителя эта информационная задача может быть сведена к определению необходимого угла управления α, т.е. фазового сдвига управляющего импульса относительно момента естественной коммутации вентилей. Такая задача может быть просто решена при помощи Фазосдвигающего устройства (ФСУ).

Вторая задача решается выбором и расчётом соответствующих параметров выходных формирователей (ВФ).