Курсовой проект Проектирование двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя


Скачать 230.29 Kb.
НазваниеКурсовой проект Проектирование двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя
Дата публикации13.04.2013
Размер230.29 Kb.
ТипКурсовой проект
userdocs.ru > Математика > Курсовой проект
Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок


Курсовой проект

Проектирование двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя

Выполнил: Карпов О.В.

Группа:Э-315

Проверил: Дудкин М.М.

Вариант:28

Содержание

1. Задание…………………………………………………………………………

2. Выбор силового трансформатора………………………………………….

2.1. Расчет параметров и выбор силового трансформатора……….…....

2.2. Проверка выбранного трансформатора…………………………..…....

2.3. Выбор тиристоров………………………………………………………......

2.4. Расчет параметров и выбор сглаживающего реактора………………

3. Расчет и построение внешних, регулировочных и энергетических характеристик преобразователя …………………………………………….………

4. Построение временных диаграмм………………………….……………..

5. Заключение……………………………………………………………….……

6. Список литературы………………………………………………………….. 1.Задание


Спроектировать двухкомплектный реверсивный тиристорный преобразователь, работающий на якорь электродвигателя постоянного тока, предназначенного для привода тележки. Тележка осуществляет движения вперёд – назад между двумя станциями. При движении вперёд комплект вентилей "Вперёд" преобразователя работает в выпрямительном режиме, обеспечивая разгон тележки, а затем и равномерное движение. Торможение осуществляется при работе комплекта "Назад" в инверторном режиме. При обратном движении тележки процессы происходят аналогично для соответствующих комплектов.

Режим нагрузки повторно-кратковременный; график нагрузки, тип двигателя, его номинальная мощность Pн, номинальное напряжение Uн, номинальный ток Iн, сопротивление якорной цепи Rя, индуктивность якорной цепи Lя и номинальная частота вращения n определяются рисунком 1 и таблицей 1.
Таблица 1 – Исходные данные

Тип двигателя

Рн, кВт

Uн, В

Iн, А

Rя, Ом

Lя, мГн

n, об/мин

График нагрузки

tц, с

tп, с

tу, с

tо, с

Iп/Iн

Iу/Iн

Д810

22

220

116

0.1140

8,56

635

50

2

10

5

1.9

1.0

Iпв1

Iпи1

Iув1

Iув2

Iпв2

Iпи2

tпв1

tпи2

t0

tпв2

tув2

tпи1

tц

t

tув1

Рисунок 1 – График нагрузки
где Iпв,Iпи – токи перегрузки соответственно в выпрямительном и инверторном режимах;

Iув,Iуи – установившиеся токи в выпрямительном и инверторном режимах;

tпв,tпи – длительности перегрузок в выпрямительном и инверторном режимах;

tув,tуи – длительности установившихся нагрузок в выпрямительном и инверторном режимах;

tц – время цикла;

t0 – время паузы в нагрузке;

индексы "1" относятся к комплекту "Вперёд", а "2" – к комплекту "Назад" двухкомплектного преобразователя.

Для упрощения расчётов, принять:

Iпв1 = Iпи2 = Iпв = Iпи = Iп ;

Iув1 = Iув = Iуи = Iу ;

Iпв2 = Iпи1 = 0.6Iп ;

Iув2 = 0.6Iу ;

tпв1 = tпв2 = tпи1 = tпи2 = tпв = tпи = tп;

tув1 = tув2 = tув = tуи = tу;

^ Проектирование преобразователя выполнить при следующих технических условиях:

1)Номинальное напряжение сети Uсн = 380 В;

2)Колебания сети ±10%.

3)Номинальное напряжение на двигателе должно быть обеспечено при установившемся токе нагрузки Iу и допустимых колебаниях напряжения в сети.

4)Схема выпрямления – трёхфазная мостовая.

5)Коэффициент пульсаций тока q при токе установившейся нагрузки Iу не более ±2%;

6)Температура окружающей среды Та = +400 С; охлаждение воздушное (естественное и принудительное).
2. Выбор силового трансформатора

2.1 Расчёт параметров и выбор силового трансформатора

Трансформатор вместе с преобразователем должен обеспечивать номинальной значение напряжения на якоре двигателя при допустимых колебаниях напряжения сети и заданном установившемся токе нагрузки Iу. Поэтому вторичное напряжение силового трансформатора рассчитывается для минимального напряжения сети Ucmin. Расчётное значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора:

U2 = KR·Uн / KU·Kcmin,

U2 = 1,05·220/2,34·0,9=109.68 В,

где KR – коэффициент, учитывающий падение напряжения за счёт коммутации и активных сопротивлений трансформатора, вентилей, сглаживающего реактора; предварительно KR = 1.05;

KU – коэффициент схемы (для трёхфазной мостовой схемы KU = 2.34);

Kcmin – коэф-т, учитывающий допустимое понижение напряжения сети до Ucmin,

Kcmin = Ucmin / Ucн,

Kcmin = 0.9

В каталогах на трансформаторы обычно указывается линейное вторичное напряжение

U = √3·U2,

U = √3·109,68=189.97 В.

Тогда расчётный коэффициент трансформации при схеме соединения трансформатора "звезда - звезда"

KT = Uсн / U,

KT =380/189,97= 2

Установившийся ток нагрузки

Iу = 1.0·Iн,

Iу =116·1.0=116 А,

Расчётное значение тока вторичной обмотки при токе нагрузки Id

I2 = KI·Id,

I2 = √(2/3) ·116=94.71 А,

где KI – коэффициент схемы, характеризующий отношение токов I2 / Id в идеальном выпрямителе при Xd = ∞ (для трёхфазной мостовой схемы KI = √(2/3)).

При расчёте токов можно предварительно принять, что номинальный ток выпрямителя Id равен установившемуся току Iу.

Расчётное значение тока первичной обмотки

I1 = I2 / KT,

I1 =94.71/2= 47.35 А.

Расчётное значение типовой мощности трансформатора

ST = 3·(U1·I1 + U2·I2) / 2

ST = 1.5(220·47.35+109.68·94.71)=31.2 кВт.

Выбираем из приложения III [1] силовой трансформатор ТСП-63/0.7 с параметрами, указанными в таблице 2:

Таблица 2 – Параметры трансформатора

Тип трансформатора

U1лн, В

U2лн, В

I, А

Sтн, кВА

Pкз, Вт

Uк, %

Pxx, Вт

Ixx, %

ТСПМ-160/0.7

380

205

164

58

1900

5.5

300

5


В соответствии с ГОСТ16772-77 данный трансформатор выдерживает следующие перегрузки:

75% - 1 мин, 100% - 15 с, 150 % - 10 с;

При циклических нагрузках среднеквадратичное значение тока не должно превышать номинальный ток (время усреднения – 10 мин).

2.2 Проверка выбранного трансформатора

При проверке трансформатора необходимо выяснить, обеспечивает ли он нужное напряжение на выходе выпрямителя, выдерживает ли заданные перегрузки и удовлетворяет ли условиям допустимости нагрева.

Зная потери и напряжение короткого замыкания трансформатора, можно найти активное, полное и индуктивное сопротивления рассеивания фазы трансформатора, приведённые ко вторичной стороне. Активное, полное и индуктивное сопротивления рассеяния фазы трансформатора, приведённые ко вторичной стороне:

Rа = Pкз/(3·I2),

rа =1900/(3· 164 2) = 0,0235,

Za = Uк%·U / (100·I),

Zа = 5.5·118,4/(100·164)= 0,0397

Xa = √Za2 – Ra2,

Xа =√0,03972 +0,02352=0,032,

где номинальное вторичное фазное напряжение:

U = U2лн / √3

U=205/√3=118,4

Поскольку при первичном расчёте трансформатора ещё не выбраны тиристоры и сглаживающий реактор, воспользуемся упрощённой формулой для расчёта выпрямленного напряжения на зажимах двигателя при угле управления α = 0°:

U = 2.34·Kcmin·U – 2·UTМ – (3·Xa / π + 2·Ra)Iу,

где UTM – импульсное напряжение в открытом состоянии тиристора (можно предварительно принять UTM = 2 В),

U =2,34·0,9·118,4-(3·0,032/3,14+2· 0,0235) ·116-2·2=236.35В,

что превышает номинальное входное напряжение трансформатора 220 В, даже с учётом падения напряжения на активном сопротивлении сглаживающего реактора, равное 3...15 В, значит, трансформатор подходит по напряжению.

Ток, потребляемый двигателем при максимальной перегрузке,

IП = Iн· Iп / Iн = 116·1.9 =220.4 А.

Вторичный ток трансформатора при заданной перегрузке в течение 2 с.:

I = IП·√(2/3) = 179.95 А.

Трансформатор в течении 10 с. выдерживает перегрузку 150%, т. е.:

I = 179.95 < 2,5·I = 410 A

значит, трансформатор выдержит перегрузку.

Проверим трансформатор на нагрев, для чего найдём среднеквадратичное значение тока при циклических нагрузках (с временем цикла, меньшим времени усреднения, заданного для данного типа трансформатора):

I2скв = √((I2пв2·tпв + I2ув2·tув + I2уи2·tуи + I2пи2·tпи)/tц),

I2скв = √((179.952·2.0 + 94.712·10+94.712·2.0 +179.952·2.0 /50),

I2скв = 78.604А.

Т. к. среднеквадратичный ток не превышает номинальный ток I = 164 А, то данный трансформатор удовлетворяет требованию по нагреву
2.3 Выбор тиристоров

Максимальная величина обратного напряжения, прикладываемого к тиристору, Uamax, определяется при максимальном напряжении сети Ucmax. Для трёхфазной мостовой схемы

Uamax = Kcmax·U·√6,

где Kcmax = Ucmax / Ucн,

Kcmax = 1.1,

Uamax = 1,1*118,4·√6=319В.

Значит, импульсное рабочее напряжение тиристора в закрытом состоянии UDWM и импульсное рабочее обратное напряжение URWM:

UDWM = URWM > 319В.

Значения UDWM и URWM связаны с повторяющимся импульсным напряжением в закрытом состоянии UDRM и повторяющимся импульсным обратным напряжением URRM соотношениями:

UDWM = 0.8·UDRM; URWM = 0.8·URRM,

UDRM = URRM = 319/0,8=399 В.

Перенапряжения, возникающие при коммутации вентилей, могут превосходить импульсное рабочее напряжение в закрытом состоянии и импульсное рабочее обратное напряжение, но они должны быть меньше повторяющегося импульсного обратного напряжения. Для ограничения этих перенапряжений тиристоры шунтируют RC-цепочками. Расчёт этих элементов в курсовой работе не предусмотрен.
При сгорании предохранителей, защищающих тиристоры, на них возникают перенапряжения, которые прикладываются к тиристорам. Максимальное напряжение на тиристоре Uапер при этом достигает (1.5 ... 2) Uamax.

Неповторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии UDSM и неповторяющееся импульсное обратное напряжение URSM должны с коэффициентом запаса KS = (1.2 ... 1.4) превышать напряжение Uапер:

UDSM = URSM = (1.5 ... 2)·KS·Uamax.

UDSM = URSM =2·1,3·319= 829 В.

Значения неповторяющихся импульсных напряжений UDSM и URSM связаны со значениями повторяющихся импульсных напряжений UDRM и URRM коэффициентами, определяемыми заводами-изготовителями:

UDSM = KНЕП·UDRM; URSM = KНЕП·URRM.

Примем KНЕП = 1.12,

UDRM = URRM = 829/1,12=740 В.
Перенапряжения возникают в тиристорных преобразователях и при отключении трансформаторов на холостом ходу. Для защиты от них на входе тиристорного моста со стороны переменного напряжения включаются дополнительные RC-цепочки или вентильно-конденсаторные схемы. Расчёт этого вида перенапряжений в курсовой работе не предусмотрен.
Максимально допустимый средний ток характеризует нагрузочную способность тиристоров. В зависимости от условий работы различают:

– предельный ток ITAVm (максимально допустимый средний ток при заданной температуре корпуса TC) – среднее за период значение прямого тока, протекающего через тиристор, работающий в однофазной однополупериодной схеме выпрямления с активной нагрузкой при частоте 50 Гц, синусоидальной форме тока с углом проводимости 180°, когда при установившемся тепловом состоянии температура корпуса TC равна заданному значению, а температура перехода Tj равна максимально допустимой Tjm; этот ток определяет тип тиристора;

– максимально допустимый средний ток при заданных условиях работы. Он связан с предельным током ITAVm рядом коэффициентом, учитывающих эти условия:

ITAV = Kλ·Kf·KT·KV·ITAVm,

где:Kλ – коэффициент, учитывающий отличие угла проводимости от 180° и отличие формы тока от синусоидальной; при прямоугольной и трапецеидальной форме тока с углом проводимости, близким к 120°, можно принять Kλ = 0.8;

Kf – коэффициент, учитывающий влияние частоты; при частоте 50 Гц Kf = 1;

KT – коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды Ta; при Ta < 40°C можно принять KT = 1;

KV – коэффициент, учитывающий скорость охлаждающего воздуха; при номинальной скорости KV = 1, при естественном охлаждении без обдува KV снижается до 0.25 ... 0.4.
Средний ток вентиля при перегрузке

Iап = IП / 3

Iап =232/3=77.33 А.

ITAVm = Iап / (Kλ·Kf·KT·KV).

ITAVm =77.33/0,8·1·1·1= 96.66 А
Предварительно выбираем тиристор типа Т151-100, имеющий параметры, приведённые в таблице 3.

Таблица 3 – параметры тиристора

тип тиристора

предельный ток

ITAVm, А

повторяющееся импульсное напряжение

UDRM, URRM, В

ударный повторяющийся ток

ITSM, кА

пороговое напряжение

UT(T0), В

дифференциальное сопротивление

rT,мОм, не более

Т151-100

100

300-1600

2

1.15

2.54


2.4 Расчёт параметров и выбор сглаживающего реактора

Выпрямленное напряжение при максимальном напряжении в сети

Ud0max = 2.34·Kcmax·U = 2.34·1.1·118.4 = 305 В.

Определим угол α при номинальном напряжении на двигателе Uн, токе Iу и максимальном напряжении сети (падение напряжения на активном сопротивлении реактора мало и им можно пренебречь).

cos(α) = (Uн + (3·xa / π + 2·Ra + 2·rT)·Iу + 2·UT(T0)) / Ud0max

cos(α) = (220 + (0.03 + 2·0.0235 + 2·2.54·10-3)·116 + 2·1.15) / 305 = 0.759,

α = 40°62.

Амплитуда первой гармоники пульсаций напряжения

Udm(1) = 2·cos(α)·Ud0max·√(1+m2·tg2(α)) / (m2 – 1),

Udm(1) = 2·0.759·305·√(1 + 36·0.7362) / (36 – 1) = 69.36 В.

Необходимая индуктивность в цепи выпрямленного тока

La = Udm(1) / (m·ω·q·Iу) = 69.36 / (6·314·0.02·116) = 15 мГн,

где q – заданный коэффициент пульсаций.
Расчётная индуктивность сглаживающего реактора

LL = La – Lя = 15 – 8.56 = 6.44 мГн.

По приложению 4 [1] выбираем сглаживающий реактор типа CРОС-63/0.5 с параметрами, приведёнными в таблице 4.

Таблица 4 – параметры выбранного реактора

Тип реактора

Номинальный постоянный ток, А

Номинальная индуктивность LL, мГн

Сопротивление обмотки постоянному току при 40°С, не более, мОм

CРОС 63/0.5

100

16

40


Допустимый ток реактора в течении 10 с при перегрузке 150%

Iпдоп = 2.5·100 = 250 А.

Реактор выдержит перегрузку, так как ток перегрузки двигателя 220.4 А значительно меньше Iпдоп, а длительность перегрузки 2.5 с, что также значительно меньше допустимой.
Общая индуктивность в цепи выпрямленного тока

Ld = LL + Lя = 16·10-3 + 8.56·10-3 = 24.56 мГн,

а индуктивное сопротивление

Xd = ωLd = 314·24.56·10-3 = 7.71 Ом.

U = 2.34·Kcmin·U – (3Xa / π + 2ra + 2rT + rL)Iу – 2·UT(T0)

U =2.34·0.9·118.4– (3·0.032/ π + 2·0.0235 + 2·2.54·10-3 + 40·10-3)·116 – 2·1.15 = 237.53 В.

Напряжение U > Uн = 220 В, следовательно, выпрямитель обеспечивает заданный режим.
3. Расчет и построение внешних, регулировочных и энергетических характеристик преобразователя

Рассчитаем участок внешней и ограничительной характеристик приближенным методом при пренебрежении активными сопротивлениями.

Для напряжения , расчетом с помощью ЭВМ определен угол эл. град. Для этого угла и произведем расчет.

^ Напряжение на холостом ходу в прерывистом режиме

где – амплитуда ЭДС на вторичной стороне трансформатора (для трехфазной мостовой );

число групп вентилей (для трехфазной мостовой ).


Напряжение на холостом ходу в идеальном выпрямителе в непрерывном режиме


Тогда граничный ток

где – суммарная индуктивное сопротивление в цепи преобразователя.



^ Уравнение внешних характеристик в непрерывном режиме при пренебрежении активными сопротивлениями
,
тогда при

при

Уравнение ограничительных характеристик при пренебрежении активными сопротивлениями
,
при


при

M

LM

LP

FU12

FU16

FU17

FU9

FU8

FU11

FU10

FU7

FU6

FU5

FU4

FU1

FU2

FU3

FU13

FU15

FU14

TV

VS9

VS8

VS7

VS11

VS12

VS10

VS6

VS5

VS4

VS1

VS2

VS3


4. Построение временных диаграмм

Временные диаграммы строятся для выпрямительного режима при номинальном напряжении сети для угла α, обеспечивающего при токе Iу напряжение на нагрузке, равное 110 = 0.5 UН. Этот угол определён при расчёте внешних характеристик.

Угол коммутации γ определён с помощью формулы

φ ≈ α+γ/2

α=31.8 эл.град.





На диаграммах фазных ЭДС за нуль принят потенциал нуля трансформатора. На диаграммы наносятся ординаты, соответствующие углам α и β для анодной и катодной групп вентилей. На участке коммутации вторичное напряжение идёт по кривой, делящей ординаты между фазными ЭДС, участвующими в коммутации, пополам.

При построении диаграммы выпрямленного напряжения за нуль принят потенциал общего анода.

При построении токов принимается, что Ld = ∞ и межкоммутационные участки горизонтальны.

При построении напряжения на вентиле потенциал общего катода принимается равным нулю.

Временные диаграммы преобразователя приведены на рисунке



5. Заключение

В данной курсовой работе был спроектирован двухкомплектный реверсивный тиристорный преобразователь, для чего были выбраны трансформатор, тиристоры и реактор в соответствии с требованиями задания.

Данный преобразователь выдерживает заданные перегрузки, удовлетворяет условиям допустимого нагрева, защищён от токов короткого замыкания. Также проведён расчёт характеристик преобразователя точным методом с помощью программы Werx-c.

Разработанный на основании проведённых расчётов преобразователь может быть использован на практике.

Список литературы

1. Гельман М.В., Проектирование тиристорных преобразователей для электроприводов постоянного тока: Учебное пособие. - Челябинск, Издательство ЧГТУ 1996г.
2. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник, М.: Энергоатомиздат, 1985г.
3. Алексеев Ю.В., Рабинович А.А. Краново-металлургические и экскаваторные двигатели постоянного тока: Справочник – М.: Энергоатомиздат, 1985г.
4. Реакторы серии СРОС. Каталог 03.81.06-89. Электротехника СССР. - М.: Информэлектро, 1989.
5. Трансформаторы ТСП, ТСПЗП для питания комплектных тиристорных преобразователей и электроприводов. Каталог 03.34.07-89. Электротехника СССР. - М.: Информэлектро, 1985.
6. Полупроводниковые выпрямители /Под ред. Ковалева Ф.И. и Мостковой Г.П.- М.: Энергия, 1978.



Челябинск 2012

Похожие:

Курсовой проект Проектирование двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя iconКурсовой проект Тема: Проектирование автомобильной дороги подъезд...
Задание
Курсовой проект Проектирование двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя iconКурсовой проект студент Захаров Р. О
Тема задания : Проектирование лвс, объединяющей 42 рабочих станций и 4 сервера, расположенных в 7 комнатах на трех этажах одного...
Курсовой проект Проектирование двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя icon3. К типовым управляющим воздействия относятся напряжения и магнитный...
Двигатель постоянного тока как объект управления. Типовые управляющие и возмущающие воздействия
Курсовой проект Проектирование двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя iconМетодические указания по содержанию и разработке отдельных разделов пояснительной записки 15
«Проектирование технологических процессов обработки материалов на станках и автоматических линиях», и выполняющие по ней курсовой...
Курсовой проект Проектирование двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя iconКраткосрочного проекта
Разработать задание на проектирование и выполнить проект (эскизный проект)здания начальной школы со структурной организацией 2: 0:...
Курсовой проект Проектирование двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя iconКурсовой проект «Проект планировки жилого микрорайона»
Кр общие положения Грк РФ. Полномочия органов государственной власти и органов местного самоуправления в области градостроительной...
Курсовой проект Проектирование двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя icon1)Понятие проектирования (конструирование), автоматизированное проектирование,...
Проектирование процесс направленного действия проектировщика, необходимый для выработки технических решений, достаточных для реализации...
Курсовой проект Проектирование двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя iconАрхитектурно дизайнерское проектирование
Процесс проектирования состоит из таких этапов, как эскиз, проект и рабочая документация
Курсовой проект Проектирование двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя icon«базы данных»
Курсовой проект выполняется на основании задания, приведенного на следующей странице
Курсовой проект Проектирование двухкомплектного реверсивного тиристорного преобразователя iconКурсовой проект по предмету «Экономика предприятия» «Анализ финансового состояния ОАО «Отрада»

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница