Ресурсосберегающая испытательная станция тяговых электродвигателей

Страницы работы

Фрагмент текста работы

пробоя тиристоров выпрямителей ЛП и ВДП через блок защит AGL-11.

Контакторы силовой цепи отключаются с помощью токовых реле испытываемых двигателей  РТ1, Iср =2000А; РТ2 в цепи питания линейного преобразователя, Iср =350А. В схему включены также блокировки силового шкафа, пульта управления, реек зажимов и ограждения. Вспомогательные цепи защищены тепловыми реле, приводящими к срабатыванию соответствующих контакторов.

4.1 Расчет однофазного трансформатора

         Исходные данные:

Схема выпрямления;                                                                         (рис.4.3)

Рисунок 4.3  Однофазная мостовая схема

Условное обозначение;                                                                              I/I-0

Напряжение короткого замыкания, %;                                                   uк = 9

Ток холостого хода, %;                                                                          i0 = 1,2

Выпрямленное напряжение в режиме холостого хода, В;             Ud0 = 150

Выпрямленный ток в режиме холостого хода, А;                           Id  =  880

Действующее значение напряжения питающей сети, В.               U= 380

1) Приведем расчет основных электрических величин

Действующее значение э. д. с. вентильной обмотки трансформатора определяется по формуле (4.3)

                                    Е = 1,11* Ud0                                                    (4.3)

                                    U2ф   = Е = 1,11*150=166,5 В

Коэффициент трансформации трансформатора определяется по формуле (4.4)

                                     k = U/ Е                                                        (4.4)

                                     k = 380 /166,5 = 2,28

Действующее значение тока вентильной обмотки трансформатора определяется по формуле (4.5)

В данной схеме действующее значение тока в вентильной обмотке равно выпрямленному току.

                                      Id = I2 = 880 А                                                    (4.5)

Действующее значение тока сетевой обмотки определяется по формуле  (4.6)

                                      I1 = I2 / k                                                             (4.6)

                                      I1 = 880 / 2,28 = 386 В

Мощность сетевой и вентильной обмотки определяется по формуле  (4.7)

                                      S1 = S2 = I1 * U1ф  = 1.11 * Рd0                            (4.7)

         где Рd0 – мощность нагрузки определяется по формуле (4.8)

                                      S1 = S2 = 386 * 380 = 147 кВа

                                      Рd0 = Ud0 * Id                                                        (4.8)

                                      Рd0 = 150 * 880 = 132 кВА

Расчетная типовая мощность трансформатора определяется по формуле (4.9)

                                     Sт = 0,5 * (S1 + S2) = 1,11 * Рd0                           (4.9)

                                    Sт = 0,5 * (147 +147) = 147 кВА

Чтобы исключить появление больших потоков рассеяния между обмотками в трансформаторе стержневого типа, обе обмотки располагают симметрично, на обоих стержнях магнитопровода.

Схема характеризуется в два раза меньшим обратным напряжением на вентилях.

По данным таблицы 2-11 [5] определяю испытательное напряжение обмоток 2,5 Ud0 + 1000 но не менее 2000 при Ud0 < 500 В

2) Определение основных размеров трансформатора

Принимаем стержневую конструкцию магнитопровода. (рис.4.4)

Рисунок 4.4 Стержневая конструкция магнитопровода

Выбираем величину магнитной индукции для класса нагревостойкости Н (сталь холоднокатанная Э-330). [5]

                                             Вс = 1,45 ÷  1,55 Тл

принимаем: Вс =1,55 Тл

Определяем диаметр стержня магнитопровода определяется по формуле (4.10)

                       d = √ (Uв' * 10 4) / (1,11 * π * f * Вс * kс)                          (4.10)

   где Uв' – значение напряжения на виток определяется по формуле (4.11), В;

           kс – коэффициент заполнения сталью сердечника, равный для стержневых трансформаторов 0,85 ÷ 0,93.   

                       d = √ (6,1 * 10 4) / (1,11 * 3,14 * 50 * 1,55 * 0,896) = 16 см

принимаем l = h = 41,5 см - высота стержня

                                              Uв' = (0,4 ÷ 0,6)*√ S1                                   (4.11)

                                              Uв' = 0,5 * √145 = 6,1 В

3) Расчет обмоток

          Выбираем концентрический тип сетевой и вентильной обмотки (рис.4.5). [6]

                                                                1- стержень магнитопровода;

                                                                2, 3 - сетевая и вентильная обмотка;

                                                                4 - ярмо магнитопровода.

                 Рисунок 4.5 Тип сетевой и вентильной обмотки

Рассчитаем количество витков сетевой и вентильной обмотки по формуле (4.12)

                                           W1 = U / Евп                                                  (4.12)

                                           W2 = U / Евп

   где U – напряжение на вентильной обмотке;

          Евп – э. д. с. витка определяется по формуле (4.13)

                                            Евп = 4,44 * f * Пс * Вс                                  (4.13)

   где f – частота напряжения;

         Пс – активное сечение стержня определяется по формуле (4.14)

                                            Пс = kз * Пфс                                                  (4.14)

где kз – коэффициент заполнения стали;

      kз = 0,95

      Пфс – геометрическое сечение стержня  таблица 2-7 [5].

      Пфс = 183,5 см2

                                     Пс = 0,95 * 183,5 = 174,32 см2

                                    Евп = 4,44 * 50 * 174,32 * 1,55 * 10-4 =5,99 В

                                    W1 = 380 / 5,99 = 63,4 принимаем 64 витка

                                    W2 = 166,5 / 5,99 = 27,8 принимаем 28 витка

Площадь сечения витка сетевой и вентильной обмоток определяется по формуле (4.15)

                                       П1'= I1 / j                                                             (4.15)

                                       П2'= I2 / j

     где j – плотность тока А/ммдля медного провода и класса нагревостойкости Н. [5]

         j = 1,4 ÷ 2,8 А/мм2

                                       П1'= 386 / 2,8 = 137,9 мм2

                                       П2'= 880 / 2,8 = 314,3 мм2

Высота сетевой и вентильной обмоток определяется по формуле (4.16)

                                                                l 0 = l * S1 / (S1 + S2)                                         (4.16)

                                         l 0 = 41,5 * 147 / (147 + 147) = 20,75 см

 4) Расчет числа катушек и групп обмоток 

Определим допускаемый больший размер провода по формуле (4.17), используя плотность теплового потока q. [6]

принимаем: q = (2500 ÷ 3000) Вт/м2

                                            b = q * kз / 107 * j2                                      (4.17)

       где kз = 1

                                            b = 2500 *1 / 107 * 2,82 = 3 см

Число катушек сетевой и вентильной обмоток определяется по формуле (4.18)

Радиальные каналы между катушками принимаем hк = 0,4. [5]

                                             nк = l 0 / (b + hк)                                             (4.18)

                                             nк = 20,75 / (3 + 0,4) = 6

принимаем две параллельные ветви m = 2

принимаем nк = 8

                                             k = nк / nст * m

                                             k = 8 / 2 * 2 = 2

 где nст – число стержней, равное 2

Число витков в катушке сетевой обмотки

                                            Wк1 = 64 / 2 = 32 витка

Сечение витка в катушке сетевой обмотки определяется по формуле (4.19)

                                             П1 = I1 / m * j                                                (4.19)      

                                             П1 = 386 / 2 * 2,8 = 68,9 мм   

Выбираем провод ПБ3×(2,0×10,6)/(2,5×11,1) сечение провода 20,8 мм2

                                             П1 = 20,8 * 3 = 62,4 мм2

Число витков в катушке вентильной обмотки

                                            Wк2 = 28 / 2 = 14 витков

Сечение витка в катушке вентильной обмотки определяется по формуле (4.20)

                                             П2 = I2 / m * j                                                (4.20)

                                             П2 = 880 / 2 * 2,8 = 157 мм2

 Выбираем провод ПБ8×(3,15×8,5)/(3,3×5,0) сечение провода 18,2 мм2

                                             П2 = 18,2 * 8 = 145,6 мм2

5) Определение веса трансформатора

Вес катушки вентильной обмотки определяется по формуле (4.21)

                                       G2 = 28 * c * Dср * W2 * П2 * 10-5                     (4.21)

                                         Dср = (D2' + D2") / 2

                                         D2' = d + 2a0

                                         D2' = 16 + 2 * 1,8 = 19,6 cм

где a0 = 1,8 см

                                         D2" = D2' + 2а2

                                         D2" = 19,6 + 2 * 3,3 = 26,2 см

где a2 = 3,3 см

                                         Dср = (19,6 + 26,6) / 2 = 22,9 см

                                       G2 = 28 * 2 * 22,9 * 14 * 145,6 * 10-5 = 26 кг

Вес катушки сетевой обмотки определяется по формуле (4.22)

                                        G1 = 28 * c * Dср * W1 * П1 * 10-5                    (4.22)

                                         Dср = (D1' + D1") / 2

                                         D1' = D2" + 2а

                                         D1' = 26,2 + 2 * 2,7 = 31,6 см

где а = 2,7 см

                                         D1" = D1' + 2 * 2

                                         D1" = 31,6 + 2 * 2 = 35,6 см

                                       Dср = (31,6 + 35,6) / 2 = 33,6 см

                                     G1 = 28 * 2 * 33,6 * 32 * 62,4 * 10-5 = 38 кг

Общий вес меди всех обмоток определяется по формуле (4.23)

                                      Gм = G1 + G2                                                        (4.23)

                                      Gм = 26 + 38 = 64 кг

Определение массы стали по формуле (4.24)

                                      Gст = Gс + Gя                                                        (4.24)

                                       Gс = Gс' + Gс"

                                       Gс' = с * Пс * lc * γст

где γст = 0,00765 [5]

Пс – активное сечения стерженя определяется по формуле (4.14)

                                        Пс = 0,965 * 183,5 = 177,1 см2

                                         lc = 41,5 + 7,5 + 12 = 61 см

                                        Gс' = 2 * 177,1 * 61 * 0,00765 = 165 кг

                                        Gс" = с *( Пс * hя * γст – Gу)

где hя – длина ярма равная 53,0 см

                                        Gу = kз * Vу  * γст

где Vу – общий объем стали равный 6532 см3 [6]

                                         Gу = 0,965 * 6532 * 0,00765 = 48,2 кг

                                         Gс"= 2 (177,1 * 53 * 0,00765 – 48,2) = 47,2 кг

                                         Gс = 165 + 47,2 = 212,2 кг

Вес ярма определяем по формуле (4.25)

                                          Gя = Gя' + Gя"                                                  (4.25)

                                           Gя' = 2 (с – 1) * с * Пя * γст

где с – расстояние между стержнями определяем по формуле (4.26)

                                           с = D1' + а3                                                      (4.26)

                                           с = 35,6 + 3 = 38,6 с

Активное сечение ярма определяется по формуле (4.27)

                                           Пя = kз * Пфя                                                   (4.27)

где Пфя = 188,3 см2 – геометрическое сечение ярма таблица 2-7 [5].

                                           Пя = 0,965 * 188,3 = 181,7 см2

                           Gя' = 2 (2 – 1) * 38,6 * 181,7 * 0,00765 = 107,3 кг

                                          Gя" = 48,2 * 2 = 96,4 кг

                                          Gя = 107,3 + 96,4  = 203,7 кг

Следовательно общий вес трансформатора составит

                                           G = Gм + Gс + Gя

                                           G = 64 + 212,2 + 203,7 = 480 кг

             4.2 Расчет надежности устройства

Примем экспоненциальный закон надежности, когда интенсивность отказов λ каждого элемента есть величина постоянная.

 

Рисунок 4.6 График зависимости интенсивности отказов от времени λ(t)

Работа объекта характеризуется тремя этапами:

1-этап обработки, когда отказывают наименее надежные элементы

Похожие материалы

Информация о работе