Трехфазный мостовой преобразователь (стр. 3 из 4)

- вторая (на оси I_d – точка КЗ): I_d=1954 А, U_d=0 В.

Для a=45º координаты точек, по которым будет построена прямая: режим 3 заканчивается, когда g¹60º. При этом условии ток:

(4.10)

Напряжение U_d=13,07 В нашли по формуле (4.8). Вторая точка находится на оси I_d, поэтому U_d=0. Ток в относительных единицах:

. (4.11)

По формуле (4.2) нашли значение I_d=1887,56 А.

По основе данных пунктов 4.2-4.4, включающих табл.4.1-4.2, построили семейство внешних характеристик выпрямителя, которое изображено на рис.4.1. Здесь А – граничная точка режимов 2-3 и 3; B – граничная точка режимов 3 и 3-4.

Графики кривых и постоянной составляющих выпрямленного напряжения представлены на рис. 4.2.

Семейство внешних характеристик выпрямителя.

Рис4.1.

График кривых и постоянной составляющих выпрямленного напряжения.

Рис. 4.2.

5. Расчет сглаживающего фильтра выпрямителя при активной нагрузке

Первой гармоникой источника питания является гармоника напряжения питания при f₍₁₎=50 Гц. Частота основной гармоники выпрямленного напряжения в 6 раз больше: f₍₆₎.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения будем использовать индуктивно-емкостной фильтр с последовательным включением выпрямительного моста и дросселей фильтра, и параллельным включением конденсатора нагрузки (рис.2.2).

5.1.1 Рассчитали коэффициент пульсации на выходе выпрямителя (на входе сглаживающего фильтра):

; (5.1)

; (5.2)

. (5.3)

5.1.2 Коэффициент пульсации на выходе согласно заданию К_п(6)=0,024%. Дальнейший расчет проведем по 6-ой гармонике.

5.1.3 Рассчитали минимальную индуктивность сглаживающего фильтра:

Гн. (5.4)

где m=6 – номер гармоники выпрямленного напряжения;

w – круговая частота:

w=2·p·f=2·3,14·50=314 с^-1, (5.5)

где f=50 Гц – частота сети.

Приняли Lф=2 мкГн.

5.1.4 Определили коэффициент фильтрации:

, (5.6)

где К_П=0,024 % – коэффициент пульсаций, согласно заданию.

5.1.5 Нашли емкость конденсатора фильтра:

27,597 Ф. (5.7)

5.1.6 Корректировка величин индуктивности и емкости фильтра.

Величина емкости слишком большая, поэтому выбрали емкость конденсатора фильтра С_ф=51×10^-3 Ф. Пересчитали индуктивность сглаживающего дросселя:

Гн. (5.8)

Определили индуктивность дросселей:

Гн. (5.9)

5.1.7 Амплитуда основной гармоники тока:

(5.10)

5.1.8 Выбор типа конденсатора.

В качестве конденсатора С7 (рис.2.2) сглаживающего фильтра выбрали из справочника [3] конденсатор К50-18 емкостью 51 мФ (согласно ряда Е24) и номинальным напряжением U_ном= 82 В.

5.2 Расчет сглаживающего дросселя

Сглаживающий дроссель предназначен для уменьшения пульсаций выпрямленного тока. По обмотке дросселя протекают переменная и постоянная составляющие выпрямленного тока. Постоянная составляющая создает поток вынужденного намагничивания сердечника дросселя. Индуктивность дросселя зависит от величины этого магнитного потока. Чтобы ослабить эту зависимость, в сердечнике делают немагнитные зазоры (рис. 5.1). Для расчета сглаживающего дросселя предварительно задались следующими параметрами:

- коэффициент заполнения окна магнитопровода: K_м=0,25;

- коэффициент, характеризующий отношение высоты окна магнитопровода к ширине окна: K₁=b/a=4;

-

коэффициент, характеризующий отношение магнитного сопротивления зазора к магнитному сопротивлению стали: K₂=10;

- плотность тока в обмотке: j_d=3·10⁶ А/м²;

- число витков обмотки дросселя: W=25;

- относительная динамическая магнитная проницаемость стали: m^*=700.

5.2.1Длина немагнитного зазора:

16,3 мм. (5.11)

5.2.2 Площадь поперечного сечения:

. (5.12)

5.2.3 Размеры сечения окна магнитопровода:

0,082 м = 82 мм; (5.13)

b=4·a=4·0,082=0,328 м; (5.14)

5.2.4 Размеры сечения сердечника:

0,188 м = 188 мм. (5.15)

5.2.5 Сечение меди в проводе:

м². (5.16)

5.2.6 Средняя длина витка обмотки:

1,439 м. (5.17)

5.2.7 Активное сопротивление обмотки:

2,564·10^-3 Ом. (5.18)

5.2.8 Падение напряжения на активном сопротивлении обмотки:

DU_а=2·I_d·R=2·800·2,564·10^-3=4,102 В. (5.19)

5.2.9 Потери в меди обмотки дросселя:

DP=I_d·DU_а =800·4,102 = 1,641кВт (5.20)

5.3 Тепловой расчет сглаживающего дросселя

В связи с большим током дросселя приняли водяное охлаждение.

5.3.1 Количество охлаждающей воды для одного дросселя:

1,313·10^-5 м³/с, (5.21)

где Т₂ – температура воды на выходе; приняли Т₂=50 ºС;

Т₁ – температура воды на входе; приняли Т₁=20 ºС.

5.3.2 Площадь сечения отверстия охлаждающей трубки:

6,564·10^-6 м² (5.22)

где v – скорость потока воды; приняли v=2 м/с.

Выбрали трубки с прямоугольным отверстием, имеющую размеры 0,37´0,24 см².

5.3.3 Проверка на турбулентность

Гидравлический эквивалент диаметра:

2,574·10^-3 м, (5.23)

где F – периметр трубки.

Рассчитали критерий Рейнольдса:

7800, (5.24)

где m^* - кинематическая вязкость воды при средней температуре

Т_ср=(Т₁+Т₂)/2=35 ºС.

Так как Re=7800>2300, то движение воды турбулентное.

5.3.4 Коэффициент сопротивления шероховатости:

0,092, (5.25)

где k=3 – коэффициент шероховатости.

5.3.5 Длина трубки одного дросселя:

l=l_ср.в·W=1,439·25=35,986м. (5.26)

5.3.6 Перепад давления:

3,774·10⁶ Н/м² (5.27)

5.3.7 Рассчитали превышение температуры по формуле:

(5.28)

Повышение температуры t_s=t_c+t=20+25=45° составляет меньше допустимой температуры класса изоляции «А»: t=105°С, что соответствует требованиям эксплуатации.

6. Электромагнитный расчет трансформатора

6.1 Основные электрические параметры трансформатора были рассчитаны в п.п. 3.1.6 и 3.1.9-3.1.16 (полная мощность S, действующие значения фазных токов первичных I₁ и вторичных обмоток I₂ и т.д.).

Выбрали двухобмоточный трансформатор с плоской магнитной системой стержневого типа со стержнями, имеющими сечение в форме симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность, и с концентрическим расположением обмоток. Магнитная система такого трехфазного трансформатора с обмотками.

В качестве магнитной системы выбираем трёхфазную шихтованную магнитную систему, схематически изображенную на рис.6.1, из холоднокатаной стали марки 3404 толщиной 0.35 мм. Провод обмотки сделан из алюминия. Обмотки соединены по схеме ''звезда-звезда''.

6.2 По табл. 1.9 [4] определили потери и напряжение короткого замыкания для рассчитанной полной мощности трансформатора (S=46,32 кВ×А). Получили P_К= 2000 Вт, U_К%= 5 %. Рассчитали реактивную составляющую напряжения короткого замыкания по формуле:

(6.1)

6.3 По табл.2.2 [4] определили коэффициент заполнения k_З, по табл. 2.4 [4] определили индукцию в стержнях трансформатора B, по табл.2.5 [4] определили коэффициент заполнения площади круга k_КР, по табл.3.3 [4] определили коэффициент приведённой ширины k, по табл.3.12 [4] определили значение коэффициента β, по табл.4.5 [4] определили минимальное изоляционное расстояние a₁₂.

Получили B= 1.575 Тл, k_З= 0.965, k_КР= 0.915, k= 0.787, β= 1.4, a₁₂= 0.009 м. Приняли коэффициент приведения идеального поля рассеивания к реальному k_Р= 0.95. Рассчитали диаметр стержня по формуле:

(6.2)