Проектирование тягового полупроводникового преобразователя

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

Выполнил студент: С. Ю. Филимонов

Группа ЭС – 005

Руководитель: Я. С. Гришин

САНКТ – ПЕТЕРБУРГ

СОДЕРЖАНИЕ стр.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО АППАРАТА..3

2. РАСЧЁТ НАПРЯЖЕНИЙ, ТОКОВ И МОЩНОСТЕЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ В РАБОЧЕМ И УТЯЖЕЛЁННОМ РЕЖИМАХ…….5

3. РАСЧЁТ ТОКОВ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ…………………………...7

4. РАЗРАБОТКА СОЕДИНЕНИЯ СИЛОВЫХ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ……………………………………..14

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВНЕШНЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ…………………………………………….23

6. ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАЦИИ……………………………………….27

7. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ И НАГРЕВАНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ…………………………………………………………...29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….35

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………..36

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Электрическая энергия на электростанциях вырабатывается в виде энергии трёхфазного тока промышленной частоты (50 Гц). Среди промышленных потребителей электроэнергии около 30% являются потребителями постоянного тока. В дальних передачах электрической энергии в энергосистемах используются линии электропередачи постоянного тока напряжением до 1000 кВ и выше.

На электрифицированном магистральном и городском рельсовом транспорте, на электровозах, электропоездах и в трамваях используется тяговый электропривод постоянного тока с коллекторным приводом.

В режиме рекуперативного торможения избыточная энергия, не потреблённая ЭПС в тяговом режиме, на тяговых подстанциях преобразуется в трёхфазный ток промышленной частоты и возвращается в питающую систему.

В связи с этим на тяговых подстанциях и на самом ЭПС требуется комплекс преобразователей электроэнергии.

В данном курсовом проекте разрабатывается преобразователь

переменного тока в постоянный, предназначенный для городского электротранспорта.

Исходными данными для проектируемого выпрямителя являются:

выпрямленное напряжение ;

выпрямленный ток ;

эффективное значение первичной обмотки трансформатора ;

схема соединения обмоток – «треугольник»/«звезда»;

вид преобразователя – управляемый;

исполнение – тропический климат.

Параметры преобразовательного трансформатора ТМП-6300/35ИУ1:

напряжение короткого замыкания ;

потери в режиме холостого хода ;

потери в режиме короткого замыкания .

В соответствии со схемой соединения обмоток применяется шестипульсовая мостовая схема выпрямления. В этой схеме эффективно используются тиристоры и трансформатор, в сердечниках отсутствует вынужденное подмагничивание. Качество выпрямленного напряжения в схеме достаточно высокое.

На рис. 1 приведена схема шестипульсового управляемого выпрямителя.

Схема шестипульсового мостового управляемого выпрямителя

А В С

U_1ф

I₁

S₁

ТП

U_2ф

I₂

VS4 VS1

VS6 VS3

VS2 VS5 Id

- +

I_G

СУ

ТД

Рис.1

2. РАСЧЁТ НАПРЯЖЕНИЙ, ТОКОВ И МОЩНОСТЕЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ В РАБОЧЕМ И УТЯЖЕЛЁННОМ РЕЖИМАХ

В соответствии с требованиями к тяговым выпрямителям (ГОСТ 2329-70)

кратность в процентах от номинального тока, длительность перегрузок и цикличность:

125% в течение 15 минут 1 раз в 2 часа;

150% в течение 2 минут 1 раз в 1 час;

200% в течение 10 секунд 1 раз в 2 мин.

В расчёте принимаются упрощения: СПП идеальны, сопротивления питающей сети отсутствуют.

Среднее выпрямленное напряжение в режиме холостого хода вычисляется по формуле

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

Коэффициент кратности определяется по формуле

где максимально допустимое по ПТЭ напряжение в контактной сети, В.

Максимальное выпрямленное напряжение холостого хода при угле управления определяется по формуле

Угол управления определяется по формуле

Фазное напряжение вторичной обмотки вычисляется как

Коэффициент трансформации определяется по формуле

Средний ток плеча схемы выпрямления вычисляется по формуле

, (2.1)

Эффективное и фазное значения тока вторичной обмотки трансформатора определяются по формуле

, (2.2)

Эффективное значение тока первичной обмотки трансформатора вычисляется по формуле

, (2.3)

Обратное максимальное напряжение плеча схемы выпрямления определяется по формуле

Расчётная мощность трансформатора определяется по формуле

Для трёх режимов перегрузки , по формулам (2.1)-(2.3) вычисляются средние и эффективные токи. Результаты расчётов представлены в табл. 1.

Таблица 1

Средние и эффективные токи в номинальном и утяжелённых режимах

Токи, А	Режимы
Номинальный	Перегрузочные
I_d	I_d_н	1,25 I_d_н	1,5 I_d_н	2 I_d_н
I_п	416,7	520,8		833,3
I₂_л	1020,6	1275,8
I₂_ф	1020,6	1275,8
I₁	155,1	193,89	232,67	310,18

На черт.1 приведены временные диаграммы напряжений и токов схемы.

На рис.2.1 представлена упрощённая внешняя характеристика преобразователя, а на рис. 2.2. регулировочная характеристика управляемого выпрямителя.

Рис.2.1

Рис.2.2

3. РАСЧЁТ ТОКОВ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ