Проектирование тягового полупроводникового преобразоателя

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

 ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ  СООБЩЕНИЯ МИНИСТЕРСТВА ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Кафедра «Электроснабжение железных дорог»

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ТЯГОВОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

 

Выполнил студент                                                                              А.Е. Гуйдо

Группа ЭС – 005

Руководитель                                                                                      Я. С. Гришин

Нормоконтроль                                                                                  Я. С. Гришин

Санкт-Петербург

2004

 
 
 
 

ЗАДАНИЕ.

Вариант №17:

 

Номинальное значение выпрямленного напряжения:                                         

Номинальное значение выпрямленного тока:                                                      

Номинальное значение напряжения питающей сети:                                        

Схема соединения обмоток преобразовательного трансформатора:                       

Вид преобразователя  по функциональным свойствам: неуправляемый выпрямитель;

Климатическое исполнение преобразовательной установки: тропическое исполнение.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                      

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………….…..4

1.ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ  ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ…………………………….5

2.РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЯ  ТОКОВ И МОЩНОСТИ. ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРА...…7

3.РАСЧЕТ ТОКОВ  В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ………………………………………..9

4. ВЫБОР ТИПА  ДИОДА И РАЗРАБОТКА СОЕДИНЕНИЯ  СХЕМЫ ПЛЕЧА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ………………………………………………………………………….14

  4 1. Выбор типа диода………………………………………………………………………...14

  4.2.Разработка соединения схемы плеча преобразователя…………………………………17

5.ИССЛЕДОВАНИЕ  ВНЕШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО  АГРЕГАТА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАЦИИ………………………………………...19

  5.1. Исследование внешней характеристики и коэффициента мощности………………...19

  5.2 Исследование коммутации……………………………………………………………….21

6.ИССЛЕДОВАНИЕ  ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК (КПД,  КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ)…………………………………………………………………………………..22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………………25

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………………………26

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ.

 

      В данном курсовом проекте,  производится расчет преобразовательного  агрегата, предназначенного для  установки на тяговых подстанциях метрополитена. Преобразователь собран по шестипульсовой схеме преобразования и состоит из преобразовательного трансформатора и трехфазного мостового выпрямителя.

      Мостовая схема обладает рядом  достоинств, по сравнению с нулевой  схемой с уравнительным реактором. Прежде всего у мостовой схемы более высокий коэффициент использования мощности трансформатора – 0,95 против 0,8. Конструкция трансформатора значительно упрощается, так как отпадает необходимость в двух вторичных обмотках. Отпадает необходимость и в самом уравнительном реакторе. Установленная мощность полупроводниковых приборов в обеих схемах одинакова, также во всех шестипульсовых схемах одинаков угол коммутации.  

      В данное время шестипульсовые  мостовые выпрямители уже не  удовлетворяют современным требованиям по уровню пульсаций выпрямленного напряжения и по уровню высших гармонических составляющих в кривой потребляемого тока. Этим требованиям в большей мере удовлетворяют двенадцатипульсовые выпрямители, которым и отдается предпочтение при разработке новых преобразователей. Эти выпрямители имеют также более пологую внешнюю характеристику, меньший угол коммутации, более высокие экономические показатели.

      В системах электроснабжения  железных дорог, метрополитена,  и городского электротранспорта,  несмотря на это, достаточно широко распространены шестипульсовые мостовые выпрямители.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ВЫБОР И  ОБОСНОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ.

 

      В данном курсовом проекте,  производится расчет преобразовательного  агрегата, предназначенного для  установки на тяговых подстанциях метрополитена. Преобразователь собран по шестипульсовой схеме преобразования и состоит из преобразовательного трансформатора и трехфазного мостового выпрямителя (рис.1).

      Мостовая схема обладает рядом  достоинств, по сравнению с нулевой схемой с уравнительным реактором. Прежде всего у мостовой схемы более высокий коэффициент использования мощности трансформатора – 0,95 против 0,8. Конструкция трансформатора значительно упрощается, так как отпадает необходимость в двух вторичных обмотках. Отпадает необходимость и в самом уравнительном реакторе. Установленная мощность полупроводниковых приборов в обеих схемах одинакова, также во всех шестипульсовых схемах одинаков угол коммутации.  

      В системах электроснабжения  железных дорог, метрополитена, и городского электротранспорта, несмотря на это, достаточно широко распространены шестипульсовые мостовые выпрямители.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Схема шестипульсового  мостового неуправляемого выпрямителя

 

Рис.1

 
 
---
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. РАСЧЕТ  НАПРЯЖЕНИЯ, ТОКОВ И МОЩНОСТИ. ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРА.

 

 Номинальный  и перегрузочный режимы принимаем  исходя из следующих рекомендаций. Параметры номинального режима  по току определяем из задания.  Кратность в процентах от номинального  тока, длительность перегрузок и цикличность соответствуют требованиям к тяговым потребителям (ГОСТ 2329-70).

125% в  течении 15 минут 1 раз в 2 часа:

150% в  течении 2 минут 1 раз в 1 час: 

200% в  течении 10 секунд 1 раз в 2 мин: 

 Предварительно  производится расчет для номинального  режима при идеальных СПП и  пренебрежении сопротивлениями  питающей сети.

 Среднее  выпрямленное напряжение в режиме  холостого хода  определяется по формуле:

                                                    

                                                   ,                                                           (1)

 

     где  -  потеря выпрямленного напряжения на коммутацию, принимается равной 2…3% от .

                   - номинальное выпрямленное напряжение.

 

.

 

.

 
 

Исходя  из значения среднего выпрямленного  напряжения определяем эффективные значения напряжения вторичной обмотки :

                                                             

                                                            (2)

                                                                 

                                                                (3)

 

 Средний ток  плеча схемы выпрямления  :

                                                                      

                                                                 (4)

где - номинальное значение выпрямленного тока.

 Для номинального  режима:

 Обратное  максимальное напряжение плеча  схемы выпрямления  :

                                                              

                                                              (5)

 Эффективное  значение тока плеча схемы  выпрямления 

                                                                   

                                                                (6)

Эффективное значение тока вторичной обмотки преобразовательного  трансформатора

                                                                   

;                                                            (7)

 

 Отсюда следует,  что эффективное значение фазного  тока вторичной обмотки:

 Эффективное  значение тока первичной обмотки  преобразовательного трансформатора 

                                                             

                                                                  (8)

где - коэффициент трансформации;

 Расчет мощности преобразователя трансформатора при номинальном режиме:

 На  основании значения расчетной  мощности и предназначения преобразователя,  осуществляется выбор преобразовательного  трансформатора. По расчетам подходит трансформатор типа: ТСЗП – 1600/10. Типовая мощность трансформатора 1515 кВА,  напряжение короткого замыкания , потери: =4кВт,

 

   Для трёх режимов перегрузки , вычисляются средние и эффективные токи. Результаты расчётов представлены в табл. 1.