Расчет параметров выпрямительно-инверторного преобразователя выполненного по шестипульсовой (стр. 1 из 3)

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Иркутский государственный университет путей сообщения

Кафедра: ЭЖТ

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема:

Расчет параметров выпрямительно-инверторного преобразователя, выполненного по шестипульсовой мостовой схеме

Выполнил: Добрынин А.И

Проверил: Ушаков В.А.

г. Иркутск

2008

Содержание

1. Задание

2. Требуется

3. Выбор типа вентилей

4. Расчёт проектных параметров трансформатора

4.1 Выпрямитель

4.2 Инвертор

5. Расчёт числа параллельно включенных вентилей

5.1 Выбор неуправляемого вентиля

5.2 Выбор управляемого вентиля

5.3 Выпрямитель

5.4 Инвертор

6. Расчёт числа последовательно включенных вентилей

6.1 Выпрямитель

6.2 Расчёт стоимости вентильного плеча выпрямителя

6.3 Инвертор

6.4 Расчёт числа вентилей плеча инвертора

7. Расчёт характеристик преобразователя

7.1 Расчёт внешней характеристики выпрямителя

7.2 Расчёт внешней характеристики инвертора

7.3 Расчёт ограничительной характеристики инвертора

7.4 Углы коммутации мостового ВИП

7.5 Коэффициенты мощности мостового ВИП

7.6 Максимальные токи инвертора

8. Расчёт параметров устройства выравнивания напряжения

8.1 Выпрямитель на нелавинных вентилях

8.2 Инвертор на нелавинных вентилях

1. Задание

Трёхфазный мостовой выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) питается от сети с номинальным напряжением Uс=U1л и заданными пределами колебания этого напряжения %Uс. Известна мощность короткого замыкания Sкз, характеризующая реактанс связи точки подключения ВИП и шин бесконечной мощности энергосистемы.

Заданы следующие параметры и соотношения для ВИП:

Напряжение короткого замыкания трансформатора Uк%;

Среднее значение выпрямленного напряжения и тока в номинальном режиме (Udн, Idн);

Соотношение числа витков вентильных обмоток инвертора и выпрямителя Ки=U2и/U2в;

коэффициенты повторяющихся и неповторяющихся перенапряжений Кп, Кнп.

Номинальные мощности выпрямителя и инвертора одинаковы S1в=S1и.

2. Требуется

Рассчитать проектные параметры трансформатора и выбрать его по стандартной шкале мощностей.

Выбрать типы вентилей с воздушным охлаждение для выпрямителя и инвертора и, варьируя класс вентилей К, рассчитать параметры вентильных плеч, обеспечивающих номинальный режим и устойчивость к перенапряжениям заданной величины и токам аварийных режимов выпрямителя и инвертора.

Определить наиболее дешёвый комплект вентилей.

Рассчитать параметры цепей выравнивания обратных напряжений последовательно соединённых вентилей и выбрать схему выравнивания токов в параллельных ветвях вентильных плеч соответственно для выпрямителя и инвертора. Нарисовать схему вентильного плеча.

Выполнить расчёты и построение внешней характеристики выпрямителя, внешних и ограничительной характеристики инвертора, коэффициентов мощности выпрямителя и инвертора.

Построить временные диаграммы фазных напряжений вентильных обмоток выпрямителя и инвертора с отображением коммутационных процессов, диаграммы токов в этих обмотках, мгновенных значений выпрямленного напряжения и напряжения инвертора, напряжения на одном из вентилей. Построить векторные диаграммы напряжения и первой гармоники сетевого тока, для выпрямительного и инверторного напряжений.

3. Выбор типа вентилей

Используя данные таблицы подстановок и построенные на данных таблицы диаграммы, выберем тип и класс неуправляемого вентиля, обеспечивающего наилучшие технико-экономические показатели при разных значениях скорости охлаждающего воздуха (12; 6 и 0 м/сек).

Наилучшие технико-экономические показатели выпрямителя для неуправляемого вентиля типа В2-320, обеспечиваются, при скорости охлаждающего воздуха 12 и 6 м/сек. По диаграммам определяем тип неуправляемого вентиля: В2-320, при скорости охлаждающего воздуха 6 м/сек. Стоимость плеча: 699 руб., число вентилей плеча: 18. По таблицам для В2-320 выберем класс и индекс:

СТОИМОСТЬ ПЛЕЧА ВЫПРЯМИТЕЛЯ			ЧИСЛО ВЕНТИЛЕЙ ПЛЕЧА ВЫПРЯ МИТЕЛЯ
Класс	индекс	В2-320	Класс	индекс	В2-320
48	5	48	5
6	1	2220	6	1	93
7	2	1978	7	2	81
8	3	1790	8	3	72
9	4	1601	9	4	63
10	5	1467	10	5	57
11	6	1426	11	6	54
12	7	1288	12	7	48
13	8	1233	13	8	45
14	9	1169	14	9	42
16	10	1124	16	10	39
18	11	984	18	11	33
20	12	924	20	12	30
22	13	954	22	13	30
24	14	885	24	14	27
26	15	811	26	15	24
28	16	834	28	16	24
30	17	751	30	17	21
32	18	774	32	18	21
34	19	795	34	19	21
36	20	699	36	20	18

Для В2-320 класс:36, индекс: 20, стоимость плеча 699 руб., число вентилей 18.

Используя данные таблицы подстановок и построенные на данных таблицы диаграммы, выберем тип и класс управляемого вентиля, обеспечивающего наилучшие технико-экономические показатели инвертора при выбранном значении скорости охлаждающего воздуха 6 м/сек:

По диаграммам определяем тип управляемого вентиля: выберем инвертор типа Т14-320, стоимостью 3317 руб., т.к. количество вентилей Т14-320 равно 90, и количество вентилей Т-500 равно 90, стоимость Т14-320 меньше стоимости Т-500.

По таблицам для Т14-320 выберем класс и индекс:

СТОИМОСТЬ ПЛЕЧА ИНВЕРТОРОВ			ЧИСЛО ВЕНТИЛЕЙ ПЛЕЧА ИНВЕРТОРА
Класс	индекс	Т14-320	Класс	индекс	Т14-320
5108,4	3	90	3
6	1	4301	6	1	230
7	2	4092	7	2	200
8	3	3908	8	3	175
9	4	3734	9	4	155
10	5	3634	10	5	140
11	6	3604	11	6	130
12	7	3551	12	7	120
13	8	3449	13	8	110
14	9	3488	14	9	105
16	10	3317	16	10	90

Для вентиля Т14-320 класс: 16, индекс: 10, стоимость плеча 3317 руб., число вентилей плеча 90.

Для выпрямителя:

Тип неуправляемого вентиля: В2-320

Iуд = 7200,0 А

Iо max = 20,0 мА

Uo = 1,1 B

Rд = 0,00078 Ом

Скорость потока охлаждения воздухом V = 6 м/с:

Rт, град.С/Вт 2 0,21

(допуст. прев.темп.) 1 100

= 274

Для инвертора:

Тип управляемого вентиля: Т14-320

Iуд = 7700,0 А

Iо max = 30,0 мA

Uo = 1,1 B

Rд = 0,000550Ом

Rт, град.С/Вт 0,35

(допуст. прев.темп.) 85

= 174,9

Параметры ВИП и сети:

Udн = 6600В

Idн = 1000А

Кп = Uком/Uвmax

Кп = 1,2

Колебания напряжения сети % от Uc = 13

Номинальное напряжения сети Uc,кВ = 10

Uк% (напр.к.з. трансформ.) = 12

Кнп = Uнп/Uвmax = 2,4

Sкз = 450 мВА

Ки = U2и/U2в = 1,2

= arccos(U2в/U2и) = 33,6 эл. гр

4. Расчёт проектных параметров трансформатора

4.1 Выпрямитель

Udo = Udн/(1-0.5Uк%/100) (1)

где Udн – среднее выпрямленное напряжение при номинальной нагрузке

Uк% - напряжение короткого замыкания преобразовательного трансформатора

Udo =

= 7021,3 В

Расчетная мощность выпрямителя.

Pdo = Udo*Idн (2)

где Idн – номинальный ток выпрямителя;

Pdo = 7021,3*1000 = 7021,3 кВт

Действующее значение фазного напряжения вентильной обмотки трансформатора в режиме выпрямления.

U2в = Udo/2,34 (3)

U2в = 7021,3/2,34 = 3000 B

Действующее значение фазного тока вентильной обмотки трансформатора в режиме выпрямления.

I2в = 0,816*Idн (4)

I2в = 0,816*1000 = 816,5 А

Расчётная мощность вентильной обмотки

S2 = 1,05*Pdо (5)

S2 = 1,05*7021,3 = 7372,4 Ква

Коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора в выпрямительном режиме.

Ктв = Uc/(1,73*U2в) (6)

где Uc – номинальное напряжение сети – 10 кВ

Ктв = 10000/(1,73*3000) = 1,92

I1н = I2в/Kтв (7)

I1н = 816,5 /1,92= 425,3 A

Номинальная мощность сетевой обмотки.

S1н = 1,05*Pdo (8)

S1н = 1,05*= 7021,3 = 7372,4 кВА

Типовая мощность трансформатора.

Sт = S1 = S2 = 1,05*Pdo (9)

Sт = 1,05*= 7021,3 = = 7021,4 кВА

4.2 Инвертор

Номинальный ток инвертора.

Iин = Idн/Kи (10)

где Idн – номинальный ток выпрямителя

Ки-1,2

Iин = 1000/1,2 = 833,33 А

Действующее значение фазного напряжения вентильной обмотки трансформатора в режиме инвертирования.

U2и = U2в*Kи (11)

U2и = 3000,6*1,2 = 3600,7 В

Действующее значение фазного тока вентильной обмотки трансформатора в режиме инвертирования.

I2и = I2в/Kи (12)

I2и = 816,5 /1,2 = 680,4 А

Коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора в инверторном режиме.

Кти = Kтв/Kи (13)

Кти = 1,92/1,2 = 1,6

I1н = I2и /Kти (14)

I1н = 680,4 /1,6 = 425,3 А

5. Расчёт числа параллельно включенных вентилей плеча