“Проектування і розрахунок керованих випрямлячів
електричного струму”
Завдання до курсової роботи
Вступ
1. Розрахункова частина
1.1 Розрахунок силової частини випрямляча
1.2 Розробка СІФК
1.2.1 Розрахунок вихідного каскаду
1.2.2 Розрахунок фазозсувного ланцюга
1.2.2 Розробка нуль-органа
1.2.3 Розрахунок генератора лінійно змінної напруги
1.2.4 Розрахунок компаратора
1.2.5 Розрахунок диференціюючої ланки
1.2.6 Розрахунок одновібратора
Література
Вступ
Випрямлячем називається пристрій призначений для перетворення енергії джерела змінного струму в постійний струм. Необхідність в подібному перетворенні з'являється, коли живлення користувача здійснюється постійним струмом, а джерелом електричної енергії є джерело змінного струму, наприклад промислова мережа частотою 50 Гц.
Принцип випрямлення базується на отриманні за допомогою тиристорної схеми із двополярних напруг однополярних напівхвиль напруги, які після фільтра стають згладженими. При великих потужностях навантаження задачу перетворення електричної енергії змінного струму в постійний струм вирішують за допомогою 3-фазних керованих випрямлячів, виконаних за мостовою схемою (рис.1).
Схема імпульсно-фазового керування забезпечує, подачу відкриваючих імпульсів на тиристори перетворювача і разом з перетворювачем вирішує комплекс задач, пов'язаних з формуванням і регулюванням його вихідної напруги.
Загальними вимогами, що пред'являються до системи керування перетворювачем є:
1) надійність відкривання тиристорів силової схеми в усіх режимах її роботи;
2) плавне (в необхідному діапазоні) регулювання кута а подачі керуючих імпульсів на тиристори;
3) висока завадостійкість і надійність.
Рис. 1. Структурна схема керованого трифазного випрямляча
1. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
1.1 Розрахунок силової частини випрямляча
Проведемо розрахунок потужності на навантаженні:
Pdn=Udn·Idn
Pdn=660·800=528 кВА
Знайдемо повну потужність трансформатора (без урахування процесу комутації):
St=1,045·Pdn
St=1,045·528000=551,76кВА
З умови Stр/St вибираємо трансформатор ТСЗП-630 потужністю 645 кВА з характеристиками:
Stр, кВА | Р0, кВА | Рк, кВА | Uk, % | Mаса,T |
645 | 2,1 | 6,0 | 6,2 | 2,45 |
Для трифазної мостової схеми В =0,5.
Визначимо номінальну фазову напругу вторинної обмотки трансформатора (при куті регулювання
= 0)Udn=Ud0 · [cos
- (B·Uk%)/100]Ud0 = Udn/[cos
- (B·Uk%)/100] = 660/(1-0,5·6,2/100) = 681,11BВизначимо номінальну фазову напругу вторинної обмоткиU2н:
Ud0=3·
·U2/p=2,34·U2нU2н= 0,427·Ud0 = 0,427·681,11= 291,07B
Необхідна лінійна напруга U2л н становить:
U2лн =U2н·
=291,07· = 503,55В.Вибираємо лінійну напругу вторинної обмотки потужного трансформатора з номінального ряду 230В, 460В, 660В, 825В
U2л = 660В
Звідки фазна напруга становить
U2 = U2л/
= 660 / = 381,5В.Знаходимо Ud0 для вибраного значення фазної напруги вторинної обмоткитр. U2
Udo = 2,34· U2 = 2,34·381,5= 892,71В.
За відомими значеннямиU1л iU2 (U2 — напруга не на вторинній обмотці трансформатора, а та, яка використовується для розрахунку випрямляча, що живиться від вторинної обмотки трансформатора), визначимо коефіцієнт трансформації силового трансформатора
n =w1/w2=U1л/U2=6000/381,5=15,72
Фазний діючий струм вторинної обмотки трансформатора за умови, що випрямлений струм ідеально згладжений (Lп ), дорівнює:
I2 = 0,817·Idn = 0,817·800 = 653,6А.
Діючий струм первинної обмотки трансформатора, пов'язаний зі струмом вторинної обмотки коефіцієнтом трансформації, визначається за формулою
I1 = (0,817·Idn)/n =І2/n = 653,6/15,72= 41,57А.
Потужність первинної обмотки трансформатора S1, з урахуванням 10%-ної зміни напруги, знаходимо за формулою:
S1=m·1,1·I1· U1 =m·1,1·I1·U1л=3·1,1·41,57·6000=823,086 кВА.
Потужність вторинної обмотки трансформатора S2, з урахуванням 10%-ної зміни напруги, знаходимо через добуток значення кількості фаз m, фазної напруги вторинної обмотки трансформатора і струму вторинної обмотки. Звідси:
S2=m·1,1·U2·I2=3·1,1·381,5·653,6=822,84 кВА.
Оскільки S1 = S2 = SТ = 823,086 кВА, що більше від 645 кВА, то обраний трансформатор не задовольняє умовам.Тому підбираємо наступний трансформатор ТСЗП-1000,який має такі характеристики:
Sт,кВА | Р0,кВА | Рк,кВА | Uк,% | Маса,Т |
1007 | 2,6 | 8,0 | 6,0 | 3,5 |
Перерахуємо величини що зміняться внаслідок зміни Uк:
Ud0=660/(1-0,5·6,0/100)=680,41В
U2н=680,41/2,34=290,77В; U2лн=290,77·
=503,03В; Вибираємо U2л=660В;U2=381,5В;Ud0=892,71В;n=15,72;I2=653,6А;I1=41,57А;S1=S2=823,86кВА.
Отримане значення менше,ніж 1007кВА,тому вибраний трансформатор задовольняє умовам.
Будуємо регулюючу характеристику Ud(a) за формулою(рис.2):
Ud=Ud0 · (cosa-(B·Uk%)/100)
Для напруг Udnі Udn/2 знаходимо наближені значення кутів регулювання
an і an1:
an=arccos(Udн/Ud0+B·Uk%/100)=arccos(660/892,71+0,5·6,0/100)=39,7°
an1=arccos(Udn/2·Ud0+B·Uk/100)=arccos((660/2)·892,71+0,5·6,0/100)=66,44 °
Для знайдених кутів регулювання,а також для кута рівного “0” будуємо
Зовнішні характеристики випрямляча(рис.3).
Ud = Ud0· cos
- (3·IdXa)/πРегулюючі та зовнішні характеристики будуємо по формулах:
Ud=Ud0 · (cosa-(B·Uk%)/100)
Ud = Ud0·cos
- (3· Id· Xa)/πКоефіцієнт використання трансформатора:
Kвт = Pdн /ST = 528/823,086= 0,64.
Знайдемо сумарний індуктивний опір розсіювання, приведений до вторинної обмотки трансформатора
Ха = Uk%·U2/I2 ·100=6,0 ·381,5/653,6·100=0,035 Ом.
Тепер визначимо кути комутації струму випрямляча з формули
cos( )-cos( + )=2Id · Ха /Ö6·U2=2·800·0,35/Ö6·381,5=0,059При куті регулювання
= n =arccos(cos( n) – 0,059)- n=arccos(cos(39,7°) – 0,059)-39,7=5,030При куті регулювання
= n1 1 = arccos(cos( n1) –0,059) - n1 =arccos(cos(66,44°) –0,059) –66,44°=3,64°Знаходимо кут зсуву першої гармоніки для 2-х випадків:
1) при
= n = n+ /2=39,7 0+5,03°/2 = 42,21°2) при
= n1 1= n1+ 1 /2 = 66,440+ 3,640/2 = 68,260.Коефіцієнт спотворення форми кривої змінного струму, що споживається з мережі (коефіцієнт несинусоїдальності) при L
для трифазної мостової схеми дорівнює:Кс= 3/
= 0,955.