МИНИСТЕРСТВО  СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА  РФ

  АГЕНСТВО  СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

  ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ  ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

  ФГОУ  ВПО

  «КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АГРАРНЫЙ

  УНИВЕРСИТЕТ» 
 
 
 

Кафедра электротехники 
 
 
 
 
 

    КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 

ПО  ЭЛЕКТРОНИКЕ 

РАСЧЕТ  ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: ст. гр. ЭТ-51

Рединский Д. А.

Шифр  04ЭТ767

Проверил: преподаватель

Боярская  Н.Б. 

Красноярск, 2006

 СОДЕРЖАНИЕ

 ВВЕДЕНИЕ_________________________________________________________3

1 Техническое задание на проектирование_________________________________4

2 Расчёт и выбор элементов тиристорного преобразователя

2.1 Выбор силовой схемы преобразователя________________________________6

2.2 Расчет силового  трансформатора______________________________________8

2.3  Выбор тиристоров_________________________________________________13

2.4 Расчет ударного тока тиристора индуктивности и выбор   токоограничивающего реактора_____________________________________16

2.5  Расчет  индуктивности и выбор сглаживающего  дросселя________________18

3. Расчёт и выбор элементов защиты тиристорных преобразователей

3.1 Автоматические  выключатели_______________________________________20

3.2 Средства защиты  от перенапряжений

4 Статические характеристики  тиристорных преобразователей______________25

4.1Регулировочные  характеристики силовых схем  преобразователей__________27

4.2  Регулировочные характеристики тиристорных преобразователей_________30

4.3 Внешние характеристики  тиристорных преобразователей________________32

4.4  Электромеханические  характеристики двигателя_______________________35

5 Коэффициент полезного действия преобразователя_______________________37

Литература___________________________________________________________39

                        ВВЕДЕНИЕ 

    Выполнение  курсовой работы по дисциплине «Электроника» осуществляется учебной дисциплины и с целью:

• систематизации и закрепления полученных теоретических знаний и практических умений;
• углубления теоретических знаний;
• развития навыков анализа, ведения самостоятельной работы;
• формирования имения использовать справочную и нормативную документацию.

    Выполняя  курсовую работу надо:

• изучить и проанализировать научную и справочно-информационную литературу;
• обосновать и выполнить необходимые расчеты;
• оформить курсовую работу в соответствии с приведенными ниже требованиями;

     1.ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
 

    Требуется рассчитать силовую схему тиристорного  преобразователя для привода  постоянного тока. (электродвигателя).

    Линейное  напряжение питающей сети U_л=380В, частота f=50 Гц

    Основные  параметры и тип электродвигателя приведены в таблице №1

    Данные  преобразователя приведены в  таблице №2   

Основные  параметры и тип электродвигателя

Таблица №1 

Данные  преобразователя

       Таблица № 2.

    Номинальные значения напряжения U_dн и тока I_dн преобразователя соответствует номинальным значениям напряжения U_ян и тока I_ян электродвигателя.

    Внешние характеристики преобразователя и  скоростные электродвигателя рассчитываются для двух значений углов регулирования – α_min и α_max. 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. РАСЧЕТ И ВЫБОР  ЭЛЕМЕНТОВ ТИРИСТОРНОГО  ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

     2.1      Выбор силовой  схемы преобразователя 

    Силовая схема управляемого тиристорного преобразователя (ТП) используется в качестве выпрямителя  или инвертора.

    Однофазные  схемы являются несиметричной нагрузкой  трёхфазной цепи и создаёт большие, по сравнению с трёхфазными схемами пульсаций тока и напряжения нагрузки. Выбираем трёхфазную схему Ларионова (мостовая)

          Трехфазная мостовая схема Ларионова (рис. 3.1, D), обладает достаточно жесткой внешней характеристикой. Она имеет достаточно высокий коэффициент использования типовой мощности трансформатора. По сравнению с трёхфазной нулевой схемой, она имеет большее количество вентилей, но она обеспечивает меньше пульсаций и меньшие обратные напряжения, меньше значения действующих анодных токов и обратных напряжений, имеет более высокий коэффициент мощности. Меньшую зону прерывистых токов, что важно для реверсивных схем с разделительным управлением. 

    Таблица  №3

    2.2      Расчет силового  трансформатора

    Силовой трансформатор необходим для  согласования напряжения питающей сети с напряжением двигателя.

      Расчетное значение напряжения вторичной обмотки  трансформатора U_2ф выбирается из заданных условий работы нагрузки с учетом возможного понижения сети и допустимых токовых перегрузок:

    U_2ф = К_СК_UК_аК_RU_αH,     

где К_С – коэффициент схемы (табл.3), равный отношению теоретической ЭДС вторичной обмотки силового трансформатора Е_2ф к среднему значению выпрямленного напряжения U_αн;

     K_U – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения в сети. Значение коэффициента принимается равным K_U = 1,05 - 1,1   [4];

      К_а – коэффициент запаса, учитывающий снижение напряжения на  выходе выпрямителя за счет ограничения угла открывания  тиристора в реверсивных преобразователях  с совместным управлением К_α = 1,05 – 1,1 – для реверсивных схем с согласованным управлением. Для нереверсивных и реверсивных схем с раздельным управлением К_а=1;

     К_R – коэффициент, учитывающий падение напряжения на вентилях и обмотках трансформатора, а также наличие углов коммутации, К_R = 1,05;

    U_αн – номинальное значение напряжения на нагрузке

U_αн = U_лн = 110 В

U_2ф =0,427·1,1·1·1,05·110 =60 В 
 

          Действующее значение линейного тока вторичной обмотки  трансформатора, А:

    где  К₁  – коэффициент тока, зависящий от схемы выпрямителя, значение которого приведено в табл. 3;

      К_З – коэффициент запаса по току, учитывающий возможную перегрузку преобразователя. В зависимости от характера нагрузки К_З  = 1,05 -  2,5;

      К_i – коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока тиристора от прямоугольной. По экспериментальным данным принимается К_i =1,05 – 1,1;

    I_αн – номинальный ток нагрузки, на стороне выпрямленного напряжения. I_αн  = I_лн =105 А. 

    I_2л =0,82·1,5·1,1·105=140В 

            Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора, А,

              ,      

    где:

      К_ТР = – коэффициент трансформации трансформатора 

          К_ТР = = 3,66 

    I_1л =140/3,66 =38,25 А 

          Расчетная типовая  мощность силового трансформатора, кВ·А,

            _,   

где S_T – теоретическое значение типовой мощности трансформатора,

S_T=К_S ·U_αн· I_αн,

      К_S– коэффициент схемы по мощности (табл.3.1);

      I_αн – среднее значение выпрямленного тока, равное номинальному току двигателя; 

    U_αн – среднее значение выпрямленного напряжения, равное номинальному напряжению двигателя. 

      S_T = 1,05·110·105 =12128 В·А 

      S_рас =12127,5·1,1²·1,1²·1,05·1,1·10^-3 =21 кВ·А 

          По полученному  значению расчетной мощности выбирают силовой трансформатор (принимают  ближайший больший по мощности), наиболее близкий по техническим характеристикам расчетному, из условия

Из таблицы №1 [15] выбираем трансформатор ТСЗП -25/0,7. данные трансформатора приведены в таблице №4. 

данные трансформатора ТСЗП -25/0,7 

Активное сопротивление  фазы вторичной обмотки трансформатора, Ом, определяется

         ;     (3.5)

      где:

      – полное сопротивление фазы трансформатора в режиме короткого замыкания. 
 

     - напряжение короткого замыкания трансформатора (то напряжение, при котором в режиме короткого замыкания ток трансформатора становится равным току в номинальном режиме).

    где: Uн1– номинальное напряжение трансформатора Uн1=380В

    I_1н –ток первичный трансформатора.

    I_1н= S_н·10^-3 / 3·U_1н

    Где: Sн,U_1н – мощность и первичное напряжение трансформатора

    I_1н =25000 / 3· 380 =38 А

    Активное  сопротивление фазы вторичной обмотки  трансформатора:

    U_к =

    Активное  сопротивление фазы трансформатора в режиме короткого замыкания, которое  включает в себя активное сопротивление первичной и вторичной обмоток трансформатора.

    R_{фк тр}=Z_{фк тр}∙cosΨ_к

    Где:

    cosΨ_к- коэффициент мощности трансформатора в режиме короткого замыкания

    cosΨ_к =

    cosΨ_к =

     R_{фк тр} = 0,52∙0,6=0,31 Ом 
 

Принято считать, что для двухобмоточного  трансформатора (т.е. у которого на фазу приходится две обмотки высокого и низкого напряжения):

R_{ф тр1} = R_{ф тр2} 

Тогда:

R_{ф тр2} =

Где:

К_тр – коэффициент трансформации трансформатора 

К_тр =

R_{ф тр2} =

Действующее значение фазного тока вторичной обмотки

I_2фн =

Индуктивность фазы вторичной обмотки, Гн, рассчитывают по формуле:

Х_{фк тр} =

Где:

Z_{фк тр}, R_{фк тр}- полное активное сопротивление обмоток трансформатора 

Х_{фк тр} =

Реактивное  сопротивление вторичной обмотки  трансформатора

Х_{фк тр2} =

Х_{фк тр} =

L_2фтр =

L_2фтр =

Индуктивность трансформатора 

L_тр =

Где:

f - частота сети f=50 Гц

L_тр =

    2.3  Выбор тиристоров 

     Выбор тиристоров производится по среднему значению тока и максимальному значению обратного напряжения.

Требуемое среднее значение тока I_В тиристора с воздушным охлаждением, с учетом пусковых токов и условий охлаждения, определяется по формуле:

где K_Зi = 2 ¸ 2,5 – коэффициент запаса, учитывающий пусковые токи;

     K_охл – коэффициент, учитывающий условия охлаждения.

     При скорости охлаждающего воздуха V =12 м/с   K_охл = 1; при V = 6 м/с    K_охл = 1,4;

     а при V = 0  К_охл = 2,5;

     I_dн – номинальный ток нагрузки (двигателя);

     m₂ – число фаз вторичной обмотки трансформатора

     I_в =

     Выбор номинального тока тиристора I_вн осуществляют по условию

     Выбираем  тиристор Т – 500 с I_нв = 200 А

Характеристики тиристора приведены в таблице № 5 

         Выбранный тиристор проверяют на устойчивость при коротком замыкании на стороне постоянного тока по формуле

     где   – ток короткого замыкания;

     U_K% - напряжение короткого замыкания согласующего трансформатора или сети после токоограничивающего реактора;

15 –  кратность допустимого кратковременного  тока через тиристор.

    I_к =

15 –  кратность допустимого кратковременного тока через тиристор.

    I_вн = 200 А ≥

    Максимальная  величина обратного  напряжения, прикладываемая к вентилю, определяется по формуле, В,

           U_ВM = K₀U_dн,     

     где K₀ – коэффициент схемы (см. табл. 3).

    U_ВР = 1,05∙110=116 В 

    Расчетное максимальное обратное напряжение на тиристоре, В,

    U_ВРМ = К_U К_α К_R U_ВМ.

    К_u=1,1  K_a =1,1 Kr =1,05

    U_ВРМ = 1,1∙1,1∙1,05∙115,5 = 147 В

    Класс тиристора, характеризующий собой  величину рабочего обратного напряжения, определяют делением U_ВРM на 100 и выбирают с запасом.

    U_ВРМ /100 = 146/100 = 1,4

    Выбираем  тиристор 2 класса 
таблица №5

     2.4 Расчет ударного  тока тиристора  индуктивности и выбор токоограничивающего реактора

В анодные  цепи преобразователей последовательно  с трансформаторами включают реакторы, которые совместно с индуктивностью рассеяния трансформатора ограничивают аварийные токи (действующие значения установившегося тока короткого замыкания), в пределах допустимого

     Допустимый  ударный ток I_УД одного вентиля является одним из  основных параметров тиристора  (см. табл. П З).

     Периодическая составляющая ударного тока, А,

     где К_У = 1,3 – ударный коэффициент.

I_п =

     Величина  требуемого реактивного сопротивления  в фазе, Ом,

Х_тн =

     Требуемая индуктивность фазы, мГн,

L_ф =

    Реактивное  сопротивление токоограничивающего  реактора при последовательном соединении со вторичной обмоткой трансформатора, Ом,

    Х_Р = Х_Ф - Х_ФТР ,

    где Х_ФТР - индуктивное сопротивление фазы трансформатора. 
 

    Х_Р = 0,02-0,42 = -0,4 Ом

    Так, как I_кз достаточно ограничивается полным сопротивлением трансформатора, токоограничевающий реактор не требуется. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  2.5  Расчет индуктивности  и выбор сглаживающего  дросселя

    Необходимое значение индуктивности силовой  цепи рассчитывается из условия обеспечения требуемого уровня пульсаций основной гармоники тока нагрузки.

      Требуемая индуктивность цепи выпрямленного  тока, Гн,

где  -   i_п %  – допустимый уровень пульсаций основной гармоники тока нагрузки (табл.2.2),