Трехфазная нулевая схема выпрямления

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОПРИВОДА И АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

ТРЕХФАЗНАЯ НУЛЕВАЯ СХЕМА ВЫПРЯМЛЕНИЯ

(Расчетно-графическая работа)

Вариант 10

Выполнил:

Студент гр. ЭМ – 51                                  «29 »   мая    2008 г.  Солнцев А.

Проверил:

К.т.н., доцент                                              «    »    мая    2008 г.  Боченков Б.М.

Новосибирск 2008

Исходные данные

Номинальная мощность двигателя: P_н = 13кВт

Номинальное напряжение на нагрузке: U_dн = 220В

Частота вращения вала двигателя: n_н = 2240об/мин

КПД двигателя: η_н = 87%

Допустимое значение основной гармоники тока: ν = 6%

Рисунок 1. Схема мостового управляемого выпрямителя

1. Расчёт и выбор силового оборудования

Расчёт и выбор трансформатора (анодного реактора)

Трансформатор в управляемом выпрямителе служит для согласования напряжения сети с напряжением на нагрузке. В результате расчета трансформатора необходимо определить типовую мощность трансформатора и основные параметры схемы замещения.

Типовой мощностью трансформатора принято считать среднее значение между мощностями, рассчитанными по параметрам первичных S₁ и вторичных S₂ обмоток. Тогда типовая мощность трансформатора определится:

,

где S₁ = m₁·U₁·I_1н, S₂ = m₂·U₂·I_2н.

Здесь m₁, m₂ – число фаз первичной и вторичной обмоток трансформатора (трехфазный);

U₁, U₂ – действующие значения фазных напряжений первичной и вторичной обмоток трансформатора, В;

I_1н, I_2н – номинальные действующие значения токов первичной и вторичной обмоток трансформатора, А.

Фазное напряжение U₂ вторичной обмотки трансформатора определяется выражением:

,

где U_dн – номинальное средневыпрямленное напряжение на нагрузке, В;

K_сх=2.34 –коэффициент трехфазной мостовой схемы выпрямления;

K₁=1.05÷1.1 – коэффициент запаса по напряжению сети;

K₂=1.05÷1.2 – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий неполное открытие тиристоров при максимальном управляющем сигнале;

K₃=1.0÷1.05 – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падения напряжения в силовой сети.

.

Действующие значения токов первичной и вторичной обмоток трансформатора и коэффициент трансформации K_тр определяются из следующих соотношений:

;

;

;

,

где U₁ = 220 – фазное напряжение питающей сети, В;

I_dн – номинальный ток в нагрузке, А;

С=0.817 и B=0.817 – коэффициенты для трехфазного мостового выпрямителя.

;

;

;

.

Вычислим мощности первичной и вторичной обмоток трансформатора:

          ;

          .

Типовая мощность трансформатора:

          .

Рассчитаем приведённые к вторичной обмотке активные и реактивные сопротивления одной фаза трансформатора.

,

принимаем по рекомендациям значение , тогда получим

          ;

          ,

принимаем по рекомендациям , тогда получим

          .

Так как в каталоге на трансформаторы отсутствуют параметры P_ка%, U_к%, R_тр, X_тр, то в дальнейших расчетах используем принятые и рассчитанные выше значения.

Расчет катодного дросселя

Пульсации выпрямленного напряжения приводят к пульсациям выпрямленного тока, которые вызывают нежелательные дополнительные потери у потребителя (ухудшение коммутации двигателя и его нагрев). Одним из способов ограничения пульсаций тока является включение в цепь нагрузки катодного дросселя.

В симметричных мостовых и нулевых схемах амплитудные значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения U_d(n)m связаны с его средним значением U_d0 следующим выражением:

,

где U_d0 = K_сх·U₂ = 2.34·116.5 = 272.7 – напряжение холостого хода

выпрямителя, В; k – кратность гармоники; p – пульсность (для трехфазной мостовой p =6).

В симметричной мостовой и нулевой схемах наибольшую амплитуду имеют основные гармоники (k =1). Амплитуды гармоник более высокой кратности значительно меньше, а действие катодного дросселя на них эффективнее, поэтому расчет ведется только по первой гармонике. При работе УВ на ДПТ U_d(n)m рассчитывается исходя из номинального режима работы выпрямителя (α ≈30°). При работе на RL-нагрузку угол регулирования принимается исходя из требуемого минимального напряжения на нагрузке (т.е. диапазона регулирования напряжения).

Находим амплитуду первой гармоники по формуле:

.

Необходимая индуктивность цепи выпрямленного тока может быть определена по формуле:

,

где ;

.

Получим

.

Определим требуемое значение индуктивности рассеяния фазы трансформатора:

.

Определим значение индуктивности цепи нагрузки:

,

где K=0.1 – коэффициент для компенсированных машин;

 − число пар полюсов двигателя;

.

.

Определим требуемую индуктивность сглаживающего дросселя:

.

Так как индуктивность сглаживающего дросселя получилась отрицательная, то катодный дроссель не нужен.

Расчет и выбор тиристоров

Выбор тиристоров производится по следующим параметрам:

− по среднему току в открытом состоянии через тиристор I_ос.ср;

− по повторяющемуся импульсному обратному напряжению U_обр.m;

− по ударному неповторяющемуся току в открытом состоянии I_ос.уд.

Средний ток через тиристор определяется

,

где  − максимальный ток в нагрузке;

а=3 – коэффициент участия тиристора в работе для трёхфазной мостовой схемы.

Средний ток, приведенный к классификационным параметрам тиристора:

,

где  − коэффициент запаса по току.

Зная это, получим:

.

Максимальное амплитудное напряжение на тиристоре:

,

где  − коэффициент запаса по напряжению;

 − линейное действующее напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Получим

.

Обратное напряжение на тиристоре:

,

где  − коэффициент для трёхфазной мостовой схемы.

Получим

.

Амплитуда базового тока при внешнем КЗ:

.

Определим значение :

.

По рисунку 2 находим i^*_уд = 0.877.

Далее определяем ударный ток глухого внешнего КЗ для мостовой схемы по формуле:

.

По рассчитанным параметрам выбираем тиристор ТБ 151−100.

Технические параметры выбранного тиристора:

U_пор = 1.15В – пороговое напряжение;