Определим кривую выпрямленного напряжения u_d. Наиболее просто это можно сделать, показав кривые изменения потенциалов выводов нагрузки φ_d_(-) и φ_d₍₊₎ относительно нулевого вывода вторичных обмоток трансформатора (рис. 9.2). Кривая изменения потенциала φ_d₍₊₎ формируется из участков фазных напряжений положительной полярности при проводимости вентилей катодной группы, а кривая φ_d_(-) – из участков фазных напряжений отрицательной полярности при проводимости вентилей анодной группы. Разность указанных потенциалов определяет напряжение нагрузки u_d. Кривая u_d, показанная на рис. 9.2, состоит из участков линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора.

Среднее значение выпрямленного напряжения находят по среднему значению напряжения u_d за период повторяемости π/3 (заштрихованный участок на рис. 9.2).

(9.1)

где U₂ – номинальное напряжение на вторичной обмотке печного трансформатора

Напряжение на нагрузке по сравнению с трехфазной схемой с нулевым выводом получается большим. Это объясняется тем, что трехфазная мостовая схема выпрямителя представляет собой как бы две трехфазные схемы с нулевым выводом, выходы которых включены последовательно. При заданном напряжении U_d здесь требуется вдвое меньшее напряжение U₂:

, (9.2)

что сокращает число витков вторичной обмотки печного трансформатора и снижает требования к изоляции.

Поскольку период повторяемости кривой u_d равен 2π/6, трехфазная мостовая схема эквивалентна шестифазной в отношении коэффициента пульсации и частоты ее первой гармоники. Коэффициент пульсации по первой гармоники находят подстановкой в выражение (9.3) m = 6, откуда следует что амплитуда первой гармоники пульсации составляет 5,7 % от напряжения U_d против 25 % для трехфазной схемы с нулевым выводом. Частота первой гармоники пульсации шестикратна частоте питающей сети и равна 300 Гц, вторая гармоника имеет частоту 600 Гц и т.д.

, (9.3)

Ток нагрузки из-за наличия в ней индуктивности сглажен. На рис. 9.2, он представлен прямой линией со значением I_d = U_d/R_н. Поскольку каждый вентиль проводит ток в течении трети периода, среднее значение анодного тока I_a= I_d/3. Кривые токов вентилей показаны на рис. 9.2.

При открытом состоянии двух вентилей выпрямительного моста другие четыре вентиля приложенным к ним обратным напряжением. Кривую обратного напряжения строят так же, как и для трехфазной схемы с нулевым выводом. Так, например, потенциал анода закрытого вентиля VD1 следует за фазным напряжением U_a, а потенциал катода за напряжением U_b при проводимости вентиля VD3 или за напряжением u_c при проводимости вентиля VD5 (так катода равен потенциалу шины φ_d₍₊₎ нагрузки). Разность напряжений между анодом и катодом определяет кривую U_b₁ вентиля VD1. Как и в трехфазной схеме с нулевым выводом, кривая обратного напряжения составляется из участков линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора и ее максимальная величина равна амплитуде линейного напряжения U_b_max =

U₂. Однако ввиду вдвое большего среднего значения напряжения на нагрузке соотношение между U_b_max и U_d здесь получается более предпочтительным, чем в трехфазной схеме с нулевым выводом:

. (9.4)

Таким образом, вентили в трехфазной мостовой схеме следует выбирать на напряжение, близкое к U_d_.

Кривая тока вторичной обмотки трансформатора определяется токами двух вентилей, подключенных к данной фазе. Один из вентилей входит в анодную группу, а другой – в катодную. Так, например, ток i₂_a состоит из токов вентилей 1, 4. Вторичный ток является переменным, имеет форму прямоугольных импульсов с амплитудой I_d и паузой между импу4льсами длительностью π/3, когда оба вентиля данной фазы закрыты. Постоянная составляющая во вторичном токе отсутствует, в связи с чем поток вынужденного подмагничивания магнитопровода трансформатора в мостовой схеме не создается.

Для расчета сечения провода вторичных обмоток трансформатора определим действующее значение вторичного тока:

. (9.5)

Ток первичной обмотки трансформатора связан с током его вторичной обмотки коэффициентом трансформации (i₁ = i₂/n, где n = ω₁/ω₂):

. (9.6)

Первая гармоника потребляемого тока, как и во всех неуправляемых выпрямителях (без учета коммутации вентилей), совпадает по фазе с напряжением питания.

Коэффициент трансформации n находят из отношения напряжений обмоток:

. (9.7)

Расчетные мощности первичных и вторичных обмоток равны, в связи с чем равна и расчетная (типовая) мощность всего трансформатора:

. (9.8)

В соответствии с формулой (9.8) трансформатор трехфазной мостовой схемы выпрямителя выбирают на мощность, близкую к мощности нагрузки, что также является преимуществом этой схемы.

В данном проекте в качестве преобразователя электрической энергии предусматривается управляемый вентильный преобразователь, который относится к классу статических преобразователей электроэнергии предназначенных для преобразования переменного тока в постоянный.

9.2 Расчет преобразователя

Выпрямительный режим преобразователя обеспечивает преобразование переменного тока в постоянный и заключается в циклическом переключении нагрузки с помощью тиристоров с одной фазы источника переменного напряжения на другую, при этом энергия источника передается в нагрузку. Выпрямительному режиму соответствует диапазон углов регулирования 0 ≤ a ≤ 90°. При работе тиристорного преобразователя на активно-индуктивную нагрузку выпрямленный ток, в этом же диапазоне углов регулирования, имеет непрерывный характер.

Среднее значение выпрямленной э.д.с.E_d связано с углом управления a выражением, по [10 c.342].

(9.9)

где Е_d₀ = k₁×U_{2 ф} – максимальная выпрямленная э.д.с. преобразоватля, из формулы

k₁ = 2,34 – коэффициент схемы.

Регулировочные характеристики преобразователя при различных положениях переключателя напряжений трансформатора приведены на рис 9.3.

Рис. 9.3 Регулировочные характеристики преобразователя

9.3 Выбор тиристоров

Среднее значение тока тиристоров

(9.10)

где k_iv = 3 – для трехфазной мостовой схемы

Номинальный ток тиристоров

(9.11)

где k_v = 1,6 – коэффициент запаса выбирается из условий обеспечения надежной работы тиристора.

Максимальная величина обратного напряжения прикладываемого к тиристору

(9.12)

где k_umax = 1,045 – коэффициент схемы, отношение максимального обратного напряжения к среднему выпрямленному напряжению.

Используя стандартные тиристорные системы, основными в которых являются секции управляемых выпрямителей, нереверсивный мостовой выпрямитель образуется секциями СУВ-А. Технические данные секций приведены в табл. 2.6.

Таблица 9.1

Параметры	СУВ-А
Номинальный ток , А	12500
Число тиристоров в одном плече	20
Допустимый ударный ток в течение 10 мс , кА	220
Максимально допустимое значение интеграла квадрата аварийного тока в течение 10 мс , МА	235

Конструктивно секции выполнены в виде шкафа двухстороннего обслуживания, в котором размещены тиристоры типа Т-630, предохранители типа ПП-57, индуктивные делители тока, формирователи управляющих импульсов, RC-цепочки для защиты тиристоров от коммутационных перенапряжений, ячейки схемы бесконтактного контроля перегорания предохранителей. Тиристоры установлены на шести водоохлаждаемых шинах квадратного сечения.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНЛЗ

Технологический процесс состоит из пяти основных этапов:

I этап – плавка стали в дуговой сталеплавильной печи постоянного тока;

II этап – разливка стали;

III этап – нагрев стали;

IV этап – зачистка стали;

V этап – прокатка.

Рисунок П1.1 Схема техпроцесса электросталеплавильного
и прокатного цехов с использованием МНЛЗ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

РАСПОЛОЖЕНИЕ ДУГОВОЙ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ЦЕХЕ

Дуговая сталеплавильная печь (стр. 8 из 9)

Рис. 9.3 Регулировочные характеристики преобразователя

ПРИЛОЖЕНИЕ 2