Выбор и расчет основных параметров и количества полупроводниковых элементовдля6-пульсового (трехфазного мостового)выпрямителя
РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПЛРТА (МИИТ)
_____________________________________________________________________________
КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА ТРАНСПОРТА»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине:
«ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ»
Выполнил: студент группы
ТСЭ-412
Принял: профессор Бадёр М.П.
РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)
Кафедра “Электроэнергетика транспорта”
ЗАДАНИЕ
К курсовому проекту по дисциплине
«ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА
И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ»
Студенту________________________________________группы___________
Содержание задания
Расчет и анализ основных параметров и энергетических характеристик преобразовательных агрегатов тяговых подстанций
1. Вычертить схему преобразователя (управляемогоили неуправляемого) тяговой подстанции.
2. Провести анализ и синтез параметров и основных энергетических характеристик заданного преобразователя:
а) эффективность использования преобразовательного трансформатора;
б) коммутационные процессы в преобразователе и его внешняя характеристика;
в) обоснование и выбор типа и количества полупроводниковых приборов (диодов, тиристоров, транзисторов с изолированным затвором).
3. Провести исследование аварийных режимов при эксплуатации полупроводниковых преобразователей и определить защиту от них:
а) провести расчет токов короткого замыкания на выходе преобразовательного агрегата;
|
|
б) провести проверку полупроводниковых приборов на электродинамическую и термическую устойчивость действия токов короткого замыкания.
4. Провести анализ качества выпрямленного напряженияпреобразователя (управляемогои неуправляемого) тяговой подстанции:
а) вычертить кривые выпрямленногонапряжениядля режимов работы: х.х., 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100% нагрузки;
б) описать аналитически кривую выпрямленного напряжения ;
в) произвести расчет гармонических напряжений в кривой выпрямленного напряжения тяговой подстанции для заданных в п. 3 режимов работы;
г) рассчитать коэффициент полной волнистости кривой выпрямленного напряжения и величину эквивалентного мешающего напряжения на выходе преобразовательного агрегата.
5. Выбрать фильтр-устройство тяговой подстанции. Рассчитать коэффициент сглаживания фильтр-устройства. Определить величину высших гармонических на выходе тяговой подстанции с учетом влияния фильтра.
6. Провести исследования искажения сетевого тока преобразователя тяговых подстанций:
а) вычертить кривые тока одной из фаз сетевой обмотки преобразовательного агрегата тяговой подстанции при идеально сглаженном выпрямленном токе ( ) и мгновенной коммутации вентилей ( );
|
|
б) рассчитать гармонические составляющие тока в сетевой обмотке;
в) определить коэффициент искажения и коэффициент мощности преобразователя;
7. Провести исследования коэффициента полезного действия преобразовательного агрегата тяговой подстанции:
8. Сделать выводы. Составить пояснительную записку.
Исходные данные
1. Задан вариант № 1
2. Тип контактной подвески М120+2МФ100,тип рельсов Р-50, Р-65.
3. Данные по энергосистеме (мощность короткого замыкания на вводах тяговойподстанции), схема и основные параметры выпрямителей и инверторов приведены в таблице 1
Таблица 1
Схема и параметры преобразователей | Вариант | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||||
Неуправляемый выпрямитель | ||||||||
Схема выпрямителя | 6-пул. мостовая | 6-пул. нулевая | 12-пул. послед. | 12-пул. парал. | 24-пул. | |||
Номинальное выпрямленное напряжение, В | Ud н =825 | Ud н=24000 | ||||||
Номинальный ток выпрямителя , А | 3150 | 3200 | 3150 | 3000 | 3200 | |||
Напряжение к. з. трансформатора | 13 % | 10,5 % | 6 % | 8 % | 6 % | |||
Мощность к.з. на вводах тяговойподстанции,МВА | 1000 | 1200 | 1500 | 1000 | 1200 | |||
Управляемый выпрямитель | ||||||||
Схема выпрямителя | 6-пул. мостовая | 6-пул. нулевая | 12-пул. послед. | 12-пул.
парал. | 24-пул. | |||
Номинальное выпрямленное напряжение, В | Ud н =825 | Ud н=24000 | ||||||
Номинальный ток выпрямителя , А | 3150 | 3200 | 3150 | 3000 | 3200 | |||
Напряжение к. з. трансформатора | 13 % | 10,5 % | 6 % | 8 % | 6 % | |||
Мощность к.з. на вводах тяговой подстанцииМВА | 1000 | 1200 | 1500 | 1000 | 1200 | |||
Инвертор | ||||||||
Схема инвертора | 6-пул. мостовая | 6-пул. нулевая | 12-пул. послед. | 12-пул. парал. | 24-пул. | |||
Напряжение вентил. обмотки трансформат., В | 1885 | 3770 | 942,5 | 1885 | 471,25 | |||
Номинальный ток нагрузки инвертора, А | 2000 | 1500 | 2100 | 2000 | 2100 | |||
Напряжение к. з. трансформатора | 13 % | 10,5 % | 6 % | 8 % | 6 % | |||
Мощность к.з. на вводах тяговой подстанцииМВА | 1000 | 1200 | 1500 | 1000 | 1200 | |||
Дополнительные условия:
1. Преобразовательный трансформатор типа ТРДТНП-20000/110ИУ1
2. Тиристоры типа Т173-2000-18 имеют: предельный ток А; допустимый ударный ток ;допустимое значение теплового импульса ; прямое падение напряжения на предельном токе. ;динамическое сопротивление .
3. Сглаживающий фильтр однозвенный апериодический: , , кол-во блоков реактора - 2.
4. Для варианта №3, УВ на силовых запираемых тиристорах типа GTO, GCT.
|
|
Задание выдано
Консультант
Введение
Количество электрической энергии, которая генерируется на переменном токе промышленной частоты, но потребляется на постоянном токе, непрерывно возрастает, превышая в настоящее время третью часть выработанной. В ряде случаев возникает необходимость процесса обратного выпрямлению – инвертирования. Преобразование же одного рода тока в другой связано с искажением формы кривых токов и напряжений, потреблением реактивной энергии, существенными потерями электрической энергии и другими факторами, затрудняющими электромагнитную совместимость преобразователей с устройствами электрической системы.
Под естественной коммутацией понимается то, что она обеспечивает переключение потоков электроэнергии в заданном направлении вследствие процесса естественного изменения междуфазных напряжений вентильных обмоток. Изменения последних обеспечивают поочередное переключение коммутирующих вентилей и смену токообразующихЭДС с периодичностью, определяющей пульсность преобразователя .
В условиях постоянного роста стоимости энергетических ресурсов, большое значение приобретает решение проблемы снижения расхода и повышения качества электрической энергии. Поэтому вновь разрабатываемые преобразователи должны при минимальной материалоемкости и стоимости обладать высокими энергетическими показателями.
В настоящее время отечественными предприятиями изарубежными фирмами освоены новые полупроводниковые приборы: силовые запираемые тиристоры типа GTO, GCT, IGCT и силовые биполярные транзисторы с изолированным затвором типа IGBT.. Для создания 12-, 24-пульсовых выпрямительно-инверторных преобразователей тяговых подстанций наиболее эффективными полупроводниковыми приборами являются мощные биполярные транзисторы с изолированным затвором типа IGBT на ток 1800 А и напряжение 1700 В или на ток 2000 А и напряжение 3300 В и мощные запираемые тиристоры с интегрированным управлением типа IGCT на токи 30004000 А и напряжение 4500 6000 В.
Выбор и расчет основных параметров и количества полупроводниковых элементовдля6-пульсового (трехфазного мостового)выпрямителя
Для трехфазной мостовойсхемы выпрямления (рис.1.1)выбираем преобразовательный трансформатор типа ТРДТНП-20000/110ИУ1 и рассчитываем число полупроводниковых элементов для режима выпрямления.
| ||
Рис.1.1. Схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя (m =6)
Определим номинальную мощность по формуле
, МВт
=3150 А, В
МВт
Выбираем тиристоры типа Т173-2000-18, которые имеют предельный ток А и обратное повторяющееся напряжение, которое рассчитываем по формуле:
В, где
- класс тиристора.
Определим количество тиристоров, включенных параллельно, для схемы с последовательным соединением мостов, это можно сделать по следующей формуле:
где
- коэффициент неравномерности распределения тока по параллельно включенным диодам, равный 1,3.
- количество фаз, =3.
- максимальный выпрямленный ток, который вычисляется следующим образом
кА
шт.
Количество последовательно включенных тиристоров в одном плече можно определить по формуле:
где
- класс тиристора;
- напряжение на вторичной обмотке, соединенной в звезду;
- коэффициент коммутационных перенапряжений, .
где
шт
2. Расчет токов короткого замыкания в трехфазном мостовом выпрямителе и проверка тиристоров на термическую и динамическую устойчивость
Для выбора и проверки полупроводниковых приборов (диодов и тиристоров) на электродинамическую и термическую устойчивость необходимо рассчитать токи глухого к. з. непосредственно на шинах тяговой подстанции на участке между преобразователем и сглаживающим реактором, когда можно считать, что омическое сопротивление на стороне выпрямленного тока равно нулю.
В системе питания участков электрифицированных на постоянном токе практически повсеместно используются трехфазные полупроводниковые преобразователи, собранные по мостовой схеме выпрямления или по12-пульсовой схеме выпрямления, собранной из двух трехфазных мостов.
При расчете токов глухого к. з. на стороне выпрямленного тока преобразователя, собранного по мостовой схеме выпрямления обычно предполагается, что напряжение к нему подводится от трехфазного источника с напряжениями фаз E2 через анодную цепь с сопротивлением Xп = Xс + Xт, где Xс - индуктивное сопротивление системы до вводов трансформатора преобразовательного агрегата, приведенное к напряжению вторичной обмотки трансформатора; Xт - индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора преобразователя, работающего на точку к. з.
Для того, чтобы проверить выбранные тиристоры на термическую и динамическую устойчивость необходимо рассчитать максимальные токи короткого замыкания, проходящие через тиристоры. Для этого устанавливаем точку короткого замыкания на выходе трехфазного моста. Расчетная схема изображена на рис.2.1. и эквивалентные схемы замещения на срис.2.2.
Рис. 2.1. Расчетная схема для расчета токов короткого замыкания
| |||||
| |||||
| ||||||
|
Расчет токов короткого замыкания производим в именованных единицах. Определим сопротивление системы по формуле:
где - линейное напряжение на вторичной обмотке трансформатора;
- мощность короткого замыкания на шинах подстанции.
,
Сопротивление преобразовательного трансформатора будет рассчитано следующим образом:
, где
-напряжение короткого замыкания между обмотками, выраженное в процентах, %;
- номинальная мощность понижающего трансформатора типа ТРДТНП – 20000/110ИУ1,
,
Преобразуем эквивалентную схему замещения к простейшему виду, изображенному на рис.2,.в. Найдем результирующее сопротивление:
мОм
Теперь определим максимальный ток короткого замыкания:
Внешнюю характеристику выпрямительного преобразователя (рис. 2.2) Ud * = f ( Id * ) можно условно разделить на три следующих друг за другом участка: 0 ≤ Id * ≤ 0,612;0.612 ≤ Id * ≤ 1,06; 1,06 ≤ Id * ≤ 1,41.
Здесь Ud* = Ud / Ud0 ; Id* = Id Хп / U2 ;
Ud , Ud 0 – соответственно напряжение на выводах выпрямителя при его нагрузке Id и при холостом ходе. На первом 1 и третьем 3 участках эта зависимость прямолинейна, на втором 2 – эллиптична ( в предположении, что Ld = ∞), При близких глухих к.з. Ld = 0. Этому соответствует штрихпунктирная кривая 3 I на рис. 2.2. На рис 2.2 приняты обозначения Ud * = U В* , а Id * = I В* .
Участок 1 внешней характеристики соответствует углу коммутации
, ток выпрямителя на этом участке (1 – cos ).
Максимальный ток, реализуемый преобразователем в этом режиме работы, соответствует .
Id мах 1 =0,612 U 2 / Хп .
Рис. 2.2 Внешняя характеристика трех фазного мостового выпрямителя в режиме короткого замыкания
Участок 2 внешней характеристики соответствует режиму работы
Преобразователя с = const и углом запаздывания 0
Для этого режима работы
sin ( – ).
Максимальный ток, реализуемый преобразователем в этом режиме работы, соответствует
Id мах 2 =1,06 U 2 / Хп .
При дальнейшем увеличении тока угол задержки не изменяется, а угол коммутации увеличивается сверх . Предельное значение , и тогда одновременно работают четыре плеча тиристоров: два в катодной и два в анодной группах.
Такой режим соответствует полному короткому замыканию фаз трансформатора и Ud =0 .
При ток короткого замыкания на стороне выпрямленного тока
Id =U2 / Хп
Максимальный ток короткого замыкания этом режиме работы
при и Ld = 0 Id мах 3 =1,41 U 2 / Хп ,
а при и Ld = ∞ Id мах 3 =1,35 U 2 / Хп .
Практически максимальный ток короткого замыкания, если в цепь выпрямленного тока входит индуктивность сглаживающего реактора, определяется по формуле Id мах 3 =1,35 U 2 / Хп ; при глухом коротком замыкании непосредственно за выпрямителем его следует определять по формуле Id мах 3 =1,41 U 2 / Хп .
На первом этапе короткого замыкания тиристоры, находившиеся в состоянии проводимости, работают в контуре короткого замыкания ещё без задержки и длительность их работы может превышать даже
Появление апериодических составляющих в токах плеч преобразователя вызывает увеличение тока короткого замыкания по сравнению с установившимся его значением, определяемым выше приведенными формулами. Это увеличение тока по аналогии с трехфазным коротким замыканием можно учесть ударным коэффициентом:
КУП = (1,3 -1,5) U 2 / Хп
Проверим выбранные тиристоры Т173-2000-18 на динамическую устойчивость, для этого рассчитаем ударный ток по формуле:
, где
- максимальный ток короткого замыкания;
- ударный коэффициент, равный 1,4.
Найдем ударный ток на один тиристор по формуле:
Сравним с допустимым ударным током
> ;
46 кА > 32 кА
Как видим, ударный ток на один тиристор больше допустимого ударного тока. Следовательно, тиристоры не проходят проверку на динамическую устойчивость. Добавляем в параллель еще одну ветвь и проводим проверку.
А
Сравним с допустимым ударным током
< ;
30,7кА < 32 кА
Тиристоры проходят проверку на динамическую устойчивость.
Выполним проверку на термическую устойчивость. Для этого рассчитаем тепловой импульс по формуле:
Для тиристоров Т173-2000-18 допустимое значение
< 5120000 , расчетное значение меньше допустимого, следовательно, тиристоры проходят проверку на термическую устойчивость.
Общее количество тиристоров в схеме будет равно:
шт
3. Расчет и сравнительный анализ основных энергетических характеристик выпрямительного преобразователя
Дата добавления: 2023-01-08; просмотров: 61; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!