Расчёт выпрямителя

расчет выпрямителя

 

 

      Вариант 1.

 

Исходные данные:

Назначение выпрямителя: Заряд АК.

Выпрямленное напряжение: =48 В.

Мощность выпрямителя: номинальная  =10 кВт, максимальная =12 кВт.

Схема выпрямления: нулевая (рис. 2,а).

Охлаждение вентилей воздухом: V=0 м/с.

Питающее напряжение: =0,38 кВ.

Мощность короткого замыкания  системы: =2 МВ×А.

Коэффициент пульсации: =3,0.

Коэффициент несинусоидальности: =2,0 %.

 

Рис. 8. Схема 3-фазного выпрямителя

 

 

Рис. 2. Принципиальные схемы выпрямителей

 

Расчет:

 

1. Находим мощность силового  трансформатора:

    S_т=0,5(S₁+S₂)= 1,34 =1,34∙ 10=13,4 кВт,

где S₁, S₂ - мощности первичной и вентильной обмоток трансформатора соответственно.

Трансформатор выбираем из условия S_т > S_н .

Выбрали трансформатор марки ТСЗ-16.

Каталожные данные:

 

S_т=16 кВ×А , =4,5%. Потери: =125 Вт, =400 Вт, =5,8%.

 

2. а) находим средний ток вентильного плеча:        == = 83,33А.

б) находим эффективный ток вентильного  плеча:   = ×К_э = 83,33 ∙ 3 = 249,99 А.

в) находим максимальный ток вентильного плеча  =3× =3×83,33 = 249,99 А.

 

3. а) Находим эффективное значение установившегося тока короткого замыкания: ,

где – сопротивления внешней сети и трансформатора соответственно, Ом; U_ф2 – эффективное значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора, В.

Расчет производим по схеме замещения (рис. 3). U_ф2 == = 41,02 В.

Коэффициент схемы К_сх находим из следующего выражения:

U_dn= =1,17 U_ф2 = 48,

 

 

 

 

 

И окончательно:I_кз = = 2468,11 А.

б) находим амплитудное значение тока КЗ:         i_кз=2 I_кз=2 ×2468,11= 6980,86 А;

в) определение времени срабатывания защиты и её типа:    = = 27,9 ˃ 12,

следовательно, защита осуществляется быстродействующими плавкими предохранителями или быстродействующими автоматическими  выключателями. Время срабатывания защиты t_сз 10 мс.

Если приведенное отношение  меньше 12, то защита осуществляется обычными предохранителями и автоматическими  выключателями, время срабатывания защиты составляет от 40 до 60 мс.

4. Находим максимальное  обратное напряжение на вентильном  плече преобразователя:

U_{r max}=1,05×1,05×

×U_ф2=2,7 U_ф2= 110,75 В.

 

Коэффициенты 1,05 вводятся, поскольку  по стандартам возможно повышение питающего  напряжения на 5 % и  в режиме холостого  хода преобразователя на его выходе также будет иметь место 5 % превышение напряжения.

 

5. Выбор типа вентиля: Выбираем вентиль типа Д141-100

Каталожные данные:

Конструктивное исполнение: штыревой.  Выпрямляемый ток: I_dв=100 А. Эффективный ток: I_эв=157 А. Номинальное напряжение: U_r=(0,3-1,6) кВ. Ток КЗ: i_кз.а.в=1,9 кА, при номинальной температуре p-n-перехода Т=140°С.  

 

6. Расчет количества  вентилей в плече и схемы  их включения:

а) число последовательно включенных вентилей:

n_c= = = 0,158, принимаем .

б) число параллельно включенных вентилей: из трех условий выбираем большее.

n_п> = =2,5; n_п> = =4,8;    n_п> =    = 3,67      принимаем n_п=5 шт.

Т.к.число ветвей больше - применяются уравнительные сопротивления. рис.5)

Рис. 5. Схема вентильного плеча  на лавинных вентилях с уравнительными сопротивлениями

 

 

7. Выбор  выходного   фильтра  и  расчет его  параметров:   выбираем   Г-образный фильтр. (рис.6, б.)

 

Рис. 6. Схемы выходных фильтров

 

 

Индуктивность фильтра: L_d = = = 0,046 мГн, где R_{n max}=3 =3 = 1,73 Ом.

Коэффициент пульсации для данной схемы: K_п=2,5%.

Круговая частота первой гармоники  пульсации выпрямленного напряжения: 2 fn=942.

Емкость фильтра:  C= = = 44,8 мФ, где коэффициент сглаживания          s_c = = =0,83

к_п.вх, к_п.вых – коэффициенты пульсации  напряжения на входе и выходе  фильтра соответственно.

 

8. Расчет параметров  входного фильтра:

а) канонические гармоники тока:   I_1n= ,

где S_t – мощность трансформатора, U₁ – первичное напряжение трансформатора, n=km+1 – номер гармоники входного тока, зависящий от числа фаз выпрямителя, m – число фаз выпрямителя (3 или 6), k – целое число(1, 2, 3, 4…),

I_{1, 5}= = 19,17 A,      I_{1, 7}= = 13,69 A,    I_{1, 11}= = 8,71 A,

 

I_1,13= = 7,37 A.

Определим: Z_c^’ – сопротивление системы внешней сети, приведенное к входному напряжению, т.е. ко входу трансформатора, где установлены фильтры; К^’_нс – коэффициент несинусоидальности при отсутствии фильтра:

Z^’_c=

= = 0,072 Ом,     К^’_нс=(1,5-2) =2 = 0,032 =3,2;

б) находим активные сопротивления  индуктивностей контуров, настроенных  на соответствующую гармонику:

r_n= ,      r₅= =0,58, r₇= ∙ 0,072 ∙7 =0,8,                                

      r₁₁= ∙ 0,072 ∙ 11 =1,27,      r₁₃= ∙ 0,072 ∙ 13 =1,5;

в) находим индуктивности контуров, настроенных на соответствующие  гармоники:

L_n= ,

где Q=(10÷100) - добротность индуктивности контура, принимаем Q=30.

L₅= = 11,02 мГн        L₇=  = 10,9 мГн,

 

L₁₁= = 11,03 мГн,      L₁₃= = 11,02 мГн;

г) находим емкости контуров:

        С_n= ,

 

 

С₅= = 36,81 мкФ,  C₇= = 18,99 мкФ, 

 

C₁₁== 7,6 мкФ,   С₁₃= = 5,45 мкФ;

 

д) проверка по допустимой емкости:

требуется, чтобы не было перекомпенсации реактивной мощности, так как входной фильтр компенсирует ее:

C_доп

= = 74,99 мкФ,

= 68,85 мкФ,

68,85 <  74,99 ,  где sin =0,34 при cos =0,94.