Параметры выпрямительно-инверторного преобразователя, выполненного по шестипульсовой мостовой схеме (стр. 1 из 3)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Иркутский государственный университет путей

сообщения

Кафедра: «ЭЖТ»

Дисциплина:

“Электронная техника и преобразователи”

Курсовая работа

Расчет параметров выпрямительно-инверторного преобразователя, выполненного по шестипульсовой мостовой схеме

Выполнил:

ст. гр. ЭНС-06-1-2

Черепанов А.В.

Проверил:

преподаватель кафедры

Ушаков В.А.

Иркутск 2008 г.

Оглавление

1.Задание. 3

2.Требуется. 5

3. Выбор типа вентилей. 6

4. Расчёт проектных параметров трансформатора. 10

4.1 Выпрямитель: 10

4.2. Инвертор. 11

5. Расчёт числа параллельно включенных вентилей плеча. 12

5.1. Выбираем неуправляемый вентиль для выпрямителя: В2-320. 12

5.2. Выбираем управляемый вентиль для инвертора: Т9-250. 12

5.3. Выпрямитель. 12

5.4. Инвертор: 13

6.Расчёт числа последовательно включенных вентилей. 14

6.1 Выпрямитель. 14

6.2 Расчет стоимости вентильного плеча выпрямителя. 14

6.3. Инвертор. 15

6.4 Расчет числа вентилей в инверторном плече. 15

7.Расчёт характеристик преобразователя. 16

7.1. Расчёт внешней характеристики выпрямителя. 16

7.2. Расчёт внешней характеристики инвертора. 16

7.3. Ограничительная характеристика инвертора. 16

7.4 Углы коммутации мостового ВИП (эл.град.) 16

7.5 Коэффициенты мощности мостового ВИП.. 17

7.6 Максимальные токи инвертора: 17

8. Расчет параметров устройства выравнивания напряжения. 18

8.1. Выпрямитель на лавинных вентилях: В2-320. 18

8.2. Инвертор на нелавинных вентилях.: Т9-250. 18

9. Выбор схемы выравнивания тока в параллельно включенных ветвях вентильного плеча. 19

10. Моделирование выпрямительно-инверторного преобразователя в среде MATLAB.. 20

10.1. Моделирование работы выпрямителя в номинальном режиме и режиме короткого замыкания. 20

1.Задание

Трёхфазный мостовой выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) питается от сети с номинальным напряжением Uс=U1л и заданными пределами колебания этого напряжения %Uс. Известна мощность короткого замыкания Sкз, характеризующая реактанс связи точки подключения ВИП и шин бесконечной мощности энергосистемы.

Заданы следующие параметры и соотношения для ВИП:

- Напряжение короткого замыкания трансформатора Uк%;

- Среднее значение выпрямленного напряжения и тока в номинальном режиме (Udн, Idн);

- Соотношение числа витков вентильных обмоток инвертора и выпрямителя Ки=U2и/U2в;

- коэффициенты повторяющихся и неповторяющихся перенапряжений Кп, Кнп.

Номинальные мощности выпрямителя и инвертора одинаковы S1в=S1и.

Схема ВИП

2.Требуется

Расчитать проектные параметры трансформатора и выбрать его по стандартной шкале мощностей.

Выбрать типы вентилей с воздушным охлаждение для выпрямителя и инвертора и, варьируя класс вентилей К, расчитать параметры вентильных плеч, обеспечивающих номинальный режим и устойчивость к перенапряжениям заданой величины и токам аварийных режимов выпрямителя и инвертора.

Определить наиболее дешёвый комплект вентилей.

Расчитать параметры цепей выравнивания обратных напряжений последовательно соединённых вентилей и выбрать схему выравнивания токов в паралельных ветвях вентильных плеч соответственно для выпрямителя и инвертора. Нарисовать схему вентильного плеча.

Выполнить расчёты и построение внешней характеристики выпрямителя, внешних и ограничительной характеристики инвертора, коэффициентов мощности выпрямителя и инвертора.

Построить временные диаграммы фазных напряжений вентильных обмоток выпрямителя и инвертора с отображением коммутационных процессов, диаграммы токов в этих обмотках, мгновенных значений выпрямленного напряжения и напряжения инвертора, напряжения на одном из вентилей. Построить векторные диаграммы напряжения и первой гармоники сетевого тока для выпрямительного и инверторного напряжений.

3. Выбор типа вентилей

Используя данные таблицы подстановок и построенные на данных таблицы диаграммы, выберем тип и класс неуправляемого вентиля, обеспечивающего наилучшие технико-экономические показатели при разных значениях скорости охлаждающего воздуха (12; 6 и 0 м/сек).

Наилучшие технико-экономические показатели выпрямителя для неуправляемого вентиля типа В2-320 обеспечиваются при скорости охлаждающего воздуха 12 и 6 м/сек. По диаграммам определяем тип неуправляемого вентиля: В2-320, при скорости охлаждающего воздуха 6 м/сек. Стоимость плеча: 418 руб., число вентилей плеча:1. По таблицам для В2-320 выберем класс и индекс:

СТОИМОСТЬ ПЛЕЧА ВЫПРЯМИТЕЛЯ		ЧИСЛО ВЕНТИЛЕЙ ПЛЕЧА ВЫПРЯМИТЕЛЯ
Класс	В2-320	Класс	В2-320
6	1671	6	70
7	1465	7	60
8	1367	8	55
9	1271	9	50
10	1158	10	45
11	1056	11	40
12	939	12	35
13	959	13	35
14	835	14	30
16	865	16	30
18	745	18	25
20	770	20	25
22	636	22	20
24	656	24	20
26	675	26	20
28	521	28	15
30	536	30	15
32	553	32	15
34	568	34	15
36	582	36	15
38	597	38	15
40	612	40	15
42	418	42	10
Минимальная стоимость плеча	418	Минимальное количество вентилей плеча	10

Для В2-320 класс: 32, стоимость плеча 332 руб., число вентилей 9.

Используя данные таблицы подстановок и построенные на данных таблицы диаграммы, выберем тип и класс управляемого вентиля, обеспечивающего наилучшие технико-экономические показатели инвертора при выбранном значении скорости охлаждающего воздуха 6 м/сек.

По диаграмме определяем тип управляемого вентиля: Т153-800, стоимостью 2470 руб., количество вентилей Т153-800 равно 22. Стоимость плеча Т9-250 меньше стоимости Т153-800, но количество вентилей Т9-250 равно 50

По таблицам для Т153-800 выберем класс и индекс:

СТОИМОСТЬ ПЛЕЧА ИНВЕРТОРА		ЧИСЛО ВЕНТИЛЕЙ ПЛЕЧА ИНВЕРТОРА
Класс	Т9-250	Класс	Т9-250
6	100000	6	100000
7	100000	7	100000
8	100000	8	100000
9	100000	9	100000
10	2661,12	10	28
11	2620,475	11	26
12	2556,84	12	24
13	2470,215	13	22
Минимальная стоимость плеча	2470,215	Минимальное число вентилей плеча	22

Для вентиля Т153-800 класс: 13, стоимость плеча 2470,215 руб., число вентилей плеча 22.

Для выпрямителя:

Тип неуправляемого вентиля: В2-320

I_уд = 7200,0 А

I_{о max} = 20,0 мА

U_o = 1,1 B

R_д = 0,00078 Ом

Скорость потока охлаждения воздухом V = 6 м/с:

R_т, град.С/Вт 2 0,21

(допуст. прев.темп.) 1 100

= 274 А

Для инвертора:

Тип управляемого вентиля: Т453-800

I_уд = 17500,0 А

I_{о max} = 50,0 мA

U_o = 1,2 B

R_д = 0,000340 Ом

R_т, град.С/Вт 0,1

(допуст. прев.темп.) 85

=501,5 А

Параметры ВИП и сети:

U_dн = 3300 В

I_dн = 3000 А

К_п = U_ком/U_вmax

К_п = 1,65

Колебания напряжения сети % от U_c = 5

Номинальное напряжения сети U_c, кВ = 10

U_к% (напр.к.з. трансформ.) = 11

К_нп = U_нп/U_вmax = 2,4

S_кз = 425 мВА

К_и = U_2и/U_2в = 1,25

= arccos(U_2в/U_2и) = 36,9 эл. гр

4. Расчёт проектных параметров трансформатора

4.1 Выпрямитель:

U_do = U_dн/(1-0,5·U_к%/100) (1)

где U_dн – среднее выпрямленное напряжение при номинальной нагрузке

U_к% - напряжение короткого замыкания преобразовательного трансформатора

U_do =

= 3492,1 В

Расчетная мощность выпрямителя.

P_do= U_do·I_dн (2)

где I_dн – номинальный ток выпрямителя;

P_do = 3492,1·3000 = 10476,2 кВт

Действующее значение фазного напряжения вентильной обмотки трансформатора в режиме выпрямления.

U_2в = U_do/2,34 (3)

U_2в = 3492,1/2,34 = 1492,3 B

Действующее значение фазного тока вентильной обмотки трансформатора в режиме выпрямления.

I_2в = 0,816·I_dн (4)

I_2в = 0,816·3000 = 2449,5 А

Расчётная мощность вентильной обмотки

S₂ = 1,05·P_dо (5)

S₂ = 1,05·10476,2 = 11000 кВА

Коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора в выпрямительном режиме.

К_тв = U_c/(1,73·U_2в) (6)