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

UZ

VS2 VS5 Id

 

- +

I_G

a

СУ

Ld

 

 

Ud

 

 

 

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
Id	Idн	1,25 Idн	1,5 Idн	2 Idн
Iп	416,7	520,8		833,3
I2л	1020,6	1275,8
I2ф	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