Ефремов Л.Г., Петров М.И., Энергетическая электроника: Руководство к типовому расчету - файл n1.doc

Ефремов Л.Г., Петров М.И., Энергетическая электроника: Руководство к типовому расчету
скачать (517 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1423kb.25.01.2007 13:13скачать

n1.doc

  1   2   3   4
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет

имени И.Н. Ульянова»
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА


Руководство к типовому расчету

Чебоксары 2007
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет

имени И.Н. Ульянова»
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА


Руководство к типовому расчету


Чебоксары 2007


УДК 621.38








Энергетическая электроника: Руководство к типовому расчету /Л.Г. Ефремов, М.И. Петров, Чуваш. ун-т. Чебоксары, 2007. 52 с.

Рассмотрены теоретические и практические вопросы расчета преобразовательной установки. Дана нормативная литература. Задача данного руководства – систематизированно дать студенту максимально возможное количество сведений и рекомендаций, требующихся для эффективного выполнения поставленной задачи.

Для студентов III курса дневного отделения электроэнергетического факультета по направлению подготовки 140200 «Электроэнергетика» (специальность 140211 «Электроснабжение»).

Утверждено Методическим советом университета
Ответственный редактор: д-р техн. наук, профессор Г. А. Немцев


Общие сведения
Усиливающееся влияние в производственных процессах электрохимической технологии, развитие линий передач большой мощности на постоянном токе, а также все возрастающая степень автоматизации промышленности и бытовой техники увеличивают потребность в электроэнергии, характеризуется частотой, отличной от стандартной частоты промышленной сети и во многих случаях регулируемой, иногда с другим числом фаз, при неизменном или регулируемом токе или напряжении.

Данная задача успешно решается с помощью современной энергетической электроники, основой которой являются полупроводниковые преобразователи электрической энергии.

Принцип работы преобразователя основан на периодическом включении и выключении тех или иных полупроводниковых приборов (вентилей) по заданному закону.

В соответствии со своим назначением и требуемым законом регулирования преобразователь может иметь различные регулировочные характеристики. Под «регулированием» в этом смысле понимается любое изменение электрической мощности, передаваемое из входной (питающей) сети в выходную (приемную) сеть, или любые наперед заданные изменения напряжения U, тока или частоты f в выходной сети.

Цель курсовой работы – приобретение навыков расчета параметров полупроводниковой преобразовательной техники.

Задание на типовой расчет

«Расчет преобразовательной

установки»
Технические условия

Рассчитать преобразовательную установку (выпрямитель), исходя из данных табл.1.1, 1.2, принципиальной схемы преобразователя (рис.1). Предел регулирования U от 0,5 до 1,0 U d ном.
Программа работы:

1. Аннотация.

2. Введение.

3. Принцип действия выпрямителя, временные диаграммы напряжений и токов на элементах преобразователя.

4. Расчет и выбор преобразовательного трансформатора.

5. Расчет теплового режима полупроводникового вентиля.

6. Гармонические составляющие выпрямленного напряжения и потребляемого из сети тока.

7. Выбор коммутационных аппаратов и устройств защиты преобразователя.

8. КПД преобразователя и коэффициент мощности.

Некоторые пункты в зависимости от варианта, по согласованию с преподавателями, могут быть исключены.


Методические указания
1. Аннотация. Приводится краткое содержание выполняемой работы.

2. Введение. В результате обзора литературы показать преимущества преобразователей на основе полупроводниковых приборов (вентилей).

3. Принцип действия выпрямителя, временные диаграммы напряжений и токов на элементах преобразователя.

Дается подробное описание принципа действия схемы выпрямителя с сопровождающими временными диаграммами напряжений и токов вентилей, нагрузки, вторичной (вентильной) обмотки преобразовательного трансформатора при угле управления =0 и 0. Структурная схема преобразовательной установки приведена на рис.2.

Угол управления =0 соответствует выпрямленному напряжению при идеально холостом ходе Udio. Если необходимо снизить выпрямленное напряжение до определенного уровня Ud min, то вводится угол управления :

для полностью управляемого выпрямителя по соотношению

;

для полууправляемой схемы по соотношению

.


Номер схемы определяется по соотношениям Udi0 / U2 , и I2/Id, приведенных в табл. 1.1, 1.2.

- Варианты с 1 по 50 – соединение первичной обмотки трансформатора в звезду.

- Варианты с 51 по 100 – соединение первичной обмотки трансформатора в треугольник.





Рис.1. Принципиальные схемы преобразователей

к вариантам табл.1.1, 1.2


Таблица 1.1
Схема соединения первичной обмотки

трансформатора в звезду


Вариант

Uc, кB

Мощн.к.з.

сети Sк, МВА

Потери в трансф. преобр., кВт

Напр. к.з. трансформ.

Uк, %

Выпрям.напр. Ud, B

Ном. ток нагрузки Id, A







1

2

3

4

5

3

3

3

3

3

9

7

10

6

8

2

2

2

2

2

5

6

6

7

7

500

450

600

450

660

950

850

500

750

600

1.17

1.17

1.35

2.34

1,35

0.58

0.29

0.29

0.82

0.48

6

7

8

9

10

10

10

10

10

10

2,5

3,5

10

5

3

3

3

3

3

3

6

6

6

6

6

160

200

510

200

160

800

1000

1000

1500

1000

2*1.17

2.34

2*2.34

1.17

1.17

0.58

0.41

0.82

0.58

0.29

11

12

13

14

15

6

6

6

6

6

3

4

15

8

3

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

5

5

5

5

5

800

800

510

510

200

200

400

1500

850

950

1.35

2.34

1,35

2*1.17

2.,34

0.29

0.82

0.48

0.82

0.41

16

17

18

19

20

6

6

6

6

6

1,5

1,5

4

12

12

1,8

1,8

1,8

1,8

1,8

7

7

7

7

7

160

160

200

510

510

600

600

1000

1500

1500

2*2.34

1.17

1.17

1.35

2.34

0.82

0.58

0.29

0.29

0.82

21

22

23

24

25

0,66

0,66

0,66

0,66

0,66

1,5

1,5

3

2,5

5

2

2

2

2

2

9

9

9

9

9

100

160

200

200

510

950

500

900

750

600

1,35

2*1.17

2.34

2*2.34

1.17

0.48

0.58

0.41

0.82

0.58




Окончание табл. 1.1

Вариант

Uc, кB

Мощн.к.з.

сети Sк, МВА

Потери в трансф. преобр., кВт

Напр. к.з. трансформ.

Uк, %

Выпрям.напр. Ud, B

Ном. ток нагрузки Id, A







26

27

28

29

30

10

10

10

10

10

1,5

2

7

9

9

2

2

2

2

2

9

9

9

9

9

300

500

450

510

600

300

250

800

950

850

1.17

1.35

2.34

1,35

2*1.17

0.29

0.29

0.82

0.48

0.58

31

32

33

34

35

3

3

3

3

3

2

3

4,5

5

5

1,8

1,8

1,8

1,8

1,8

5

5

5

5

5

450

450

450

450

450

300

400

600

600

600

2.34

2*2.34

1.17

1.17

1.35

0.41

0.82

0.58

0.29

0.29

36

37

38

39

40

6

6

6

6

6

1,2

1,2

2

3,5

3,5

3

3

3

3

3

6

6

6

6

6

100

100

160

200

200

750

600

800

950

1000

2.34

1,35

2*1.17

2.34

2*2.34

0.82

0.48

0.58

0.41

0.82

41

42

43

44

45

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

1,2

2

1,5

2

2

2

2

2

2

2

5

5

5

5

5

200

200

160

160

160

400

500

600

850

850

1.17

1.17

1.35

2.34

1,35

0.58

0.29

0.29

0.82

0.48

46

47

48

49

50

0,66

0,66

0,66

0,66

0,66

1,6

2

2,3

3,5

3,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

5

6

7

7

6

200

200

160

200

200

500

600

850

950

950

2*1.17

2.34

2*2.34

1.17

1.17

0.58

0.41

0.82

0.58

0.29


Таблица 1.2
Схема соединения первичной обмотки

трансформатора в треугольник


Ввариант.

Uc, кB

Мощн.к.з.

сети Sк, МВА

Потери в трансф. преобр., кВт

Напр. к.з. трансф.

Uк, %

Выпр.

напр. Ud, B

Ном. ток нагрузки

Id, A





51

52

53

54

55

3

3

3

3

3

9

7

10

6

8

2

2

2

2

2

5

6

6

7

7

500

450

600

450

660

950

850

500

750

600

1.17

1.17

1.35

2.34

1,35

0.58

0.29

0.29

0.82

0.48

56

57

58

59

60

10

10

10

10

10

2,5

3,5

10

5

3

3

3

3

3

3

6

6

6

6

6

1


60

200

510

200

160

800

1000

1000

1500

1000

2*1.17

2.34

2*2.34

1.17

1.17

0.58

0.41

0.82

0.58

0.29

61

62

63

64

65

6

6

6

6

6

3

4

15

8

3

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

5

5

5

5

5

800

800

510

510

200

200

400

1500

850

950

1.35

2.34

1,35

2*1.17

2.34

0.29

0.82

0.48

0.58

0.41

66

67

68

69

70

6

6

6

6

6

1,5

1,5

4

12

12

1,8

1,8

1,8

1,8

1,8

7

7

7

7

7

160

160

200

510

510

600

600

1000

1500

1500

2*2.34

1.17

1.17

1.35

2.34

0.82

0.58

0.29

0.29

0.82

71

72

73

74

75

0,66

0,66

0,66

0,66

0,66

1,5

1,5

3

2,5

5

2

2

2

2

2

9

9

9

9

9

100

160

200

200

510

950

500

900

750

600

1,35

2*1.17

2.34

2*2.34

1,17

0.48

0.58

0.41

0.82

0.58




Окончание табл. 1.2

Ввариант.

Uc, кB

Мощн.к.з.

сети Sк, МВА

Потери в трансф. преобр., кВт

Напр. к.з. трансф.

Uк, %

Выпр.

напр. Ud, B

Ном. ток нагрузки

Id, A





76

77

78

79

80

10

10

10

10

10

1,5

2

7

9

9

2

2

2

2

2

9

9

9

9

9

300

500

450

510

600

300

250

800

950

850

1.17

1.35

2.34

1.35

2*1.17

0.29

0.29

0.82

0.48

0.58

81

82

83

84

85

3

3

3

3

3

2

3

4,5

5

5

1,8

1,8

1,8

1,8

1,8

5

5

5

5

5

450

450

450

450

450

300

400

600

600

600

2.34

2*2.34

1.17

1.17

1.35

0.41

0.82

0.58

0.29

0.29

86

87

88

89

90

6

6

6

6

6

1,2

1,2

2

3,5

3,5

3

3

3

3

3

6

6

6

6

6

100

100

160

200

200

750

600

800

950

1000

2.34

1,35

2*1.17

2.34

2*2.34

0.82

0.48

0.58

0.41

0.82

91

92

93

94

95

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

1,2

2

1,5

2

2

2

2

2

2

2

5

5

5

5

5

200

200

160

160

160

400

500

600

850

850

1.17

1.17

1.35

2.34

1,35

0.58

0.29

0.29

0.82

0.48

96

97

98

99

100

0,66

0,66

0,66

0,66

0,66

1,6

2

2,3

3,5

3,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

5

6

7

7

6

200

200

160

200

200

500

600

850

950

950

2*1.17

2.34

2*2.34

1.17

1.17

0.58

0.41

0.82

0.58

0.29



Uc

Ud

Рис.2. Структурная схема преобразователя

или преобразовательной установки: 1 – коммутационная аппаратура; 2 – измерительная аппаратура; 3 – фильтры; 4 – трансформатор; реактор; 5 – устройство защиты вентилей; 6 – вентильная группа; 7 – вспомогательный блок питания; 8 – система пуска, защиты и отключения преобразователя; 9 – система управления вентилями; 10 – устройство обработки информации; 11 – система охлаждения; 12 – вспомогательный источник питания; 13 – кожух или каркас


Расчет основных типовых элементов

силовых схем преобразователя
Преобразовательные трансформаторы. Трансформаторы, спроектированные для работы с преобразователями, имеют в основном ту же конструкцию, что и другие силовые трансформаторы. Однако необходимо принимать во внимание, что токи в обмотках таких трансформаторов имеют несинусоидальную форму и наряду с основной гармоникой, обусловленной частотой питающей сети, содержат высшие гармонические составляющие. В вентильной обмотке преобладает постоянная составляющая, значение которой зависит от схемы преобразователя.

При расчете требуемого на вентильной обмотке напряжения холостого хода U2 (действующее значение) исходят из требуемого выпрямленного напряжения холостого хода Udio идеального выпрямителя. В табл.1.1, 1.2, 2 приведены значения UdioU2 для важнейших схем. По заданному напряжению однофазной или трехфазной сети определяется коэффициент трансформации KT=U1U2 трансформатора. Действующее значение токов первичной 1 или вторичной 2 обмоток трансформатора пропорциональны среднему значению заданного выпрямленного тока d. Отношения 2d и 1d зависят только от схемы выпрямления и приведены в табл. 3.

Размеры любого трансформатора характеризуются типовой (расчетной) мощностью St . В обычных силовых трансформаторах заданная кажущаяся мощность является одновременно и типовой. В трансформаторах преобразователей в качестве примера, определяющего габариты трансформатора, обычно ориентируются на мощность постоянного тока идеального выпрямителя (или «брутто-мощность» выпрямителя)

.

Связь между мощностью St и мощностью постоянного тока идеального выпрямителя Pdo определяется как

,


Таблица 2
Расчетные величины для выпрямительных схем при идеально сглаженном выпрямленном токе


Название схемы

Выпрямленное напряжение

Ток, потребляемый от сети



Кратность гармоник, nu

Коэффициент пульсаций, q



Кратность гармоник, nI

Коэффициент несинусоидальности кривой тока, ki

1. Трехфазная нулевая с соединением вторичных обмоток в зигзаг

1,17

3,6,9…

0,19

0,47

2,4,5,7,8,10…

0,83

2. Трехфазная

мостовая

2,34

6,12,18…

0,042

0,82

5,7,11,13…

0,96

3. Две звезды с уравнительным реактором

1,17

при d..>

0,10dном.

6,12,18…

0,042

0,41

5,7,11,13…

0,96

4. Двенадцатипульсная с параллельным соединением мостовых схем

2,34

12,24,36…

0,011

0,79

11,13,23,25...

0,989

5. Двенадцатипульсная с последовательным соединением мостовых схем

22,34

12,24,36…

0,011

1,6

11,13,23,25…

0,989



где Сt – коэффициент использования трансформатора, зависящий лишь от схемы выпрямления.

Преобразовательные трансформаторы по заказу потребителя могут поставляться с напряжением короткого замыкания Uк от 4 до 10% при наиболее часто встречающемся значении 7%.

Меньшие значения напряжения короткого замыкания дают следующие преимущества:

- снижаются пульсации выпрямленного напряжения;

- уменьшается индуктивное падение напряжения Udxt, благодаря чему нагрузочная характеристика идет более полого;

- снижается реактивная мощность коммутаций;

- снижается реактивная мощность управления при небольших токах, так что подъем напряжения при переходе к режиму холостого хода незначителен.

Однако при малых значениях напряжения короткого замыкания трансформатора:

- увеличен ток короткого замыкания;

- относительно велики высшие гармоники в кривой тока сети;

- велики провалы в кривой напряжения сети.
  1   2   3   4


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации