Расчет и выбор силового трансформатора

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа является итоговым этапом освоения студентами дисциплины «Судовая силовая преобразовательная техника» и имеет следующие цели: закрепление теоретических и практических знаний; приобретение опыта применения полученных знаний для решения технических задач; развитие навыков ведения самостоятельной работы, изучения необходимой литературы, работы с каталогами, нормами технологического проектирования, правилами устройств судовых преобразовательных установок, ГОСТ и другими источниками.

В последние годы на рыбопромысловых и транспортных судах, плавучих буровых установках и паромах для управления судовыми механизмами и системами широкое применение получили полупроводниковые преобра-зователи электрической энергии.

В настоящее время практически все электроэнергетические системы судов (СЭЭС) проектируются на переменном токе. Однако в то же время

имеется ряд потребителей электрической энергии, питание которых необходимо осуществлять от источника постоянного тока. К ним относятся системы возбуждения электрических машин, зарядки аккумуляторов, катодной защиты судна, сварочные агрегаты, а также электроприводы (траловые и буксирные лебедки, грузоподъемные механизмы и др.), в которых требуется плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне.

Применение на судах силовой преобразовательной техники позволил существенно улучшить технико-экономические показатели электроприводов, механизмов и систем. В то же время их работа в условиях соизмеримости мощностей СЭЭС и потребителей электроэнергии имеет ряд специфических особенностей. Во-первых, при глубоком регулировании выпрямленного напряжения происходит значительное уменьшение коэффициента мощности установки. Во-вторых, в зависимости от схемы выпрямления при работе преобразовательных устройств из сети потребляется несинусоидальный переменный ток.

Вследствие этого, при соизмеримости мощностей судовой сети и преобразователей происходит искажение напряжения на шинах главного распределительного щита (ГРЩ), а при увеличении углов регулирования увеличивается потребляемая из сети реактивная мощность. Кроме того, при коммутации вентилей происходит скачкообразное изменение напряжения, что отрицательно сказывается на работе электроэнергетической системы в целом. Согласно Правилам морского Регистра РФ коэффициент несинусоидальности напряжения судовой сети во второй зоне электромагнитной совместимости не должен превышать 10%.

Дальнейшее развитие и применение на судах силовой полупровод-никовой техники требует более глубокого изучения процессов, происходящих в преобразователях электрической энергии во взаимодействии со всей электро-энергетической системой. Особое внимание следует уделять вопросам проектирования трехфазных управляемых мостовых выпрямителей.

Суммарную индуктивность якорной цепи можно определить из выражения

, (19)

где - относительная величина эффективного значения первой гармоники выпрямленного напряжения (может быть определена по графику, представленному на рис. 2).

Рис. 2. Зависимость величины для трехфазной мостовой схемы

выпрямления в функции угла регулирования

Индуктивность, а также активное, индуктивное и полное сопротивления силового трансформатора можно определить из соотношений

; ; ; (20)

; . (21)

Расчет характеристик преобразователя

РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Исходные данные для расчета: параметры силовой цепи U_Л =380В, частота = 50 Гц, возможные колебания напряжения сети ±10%.

Параметры электродвигателя постоянного тока: Р_н = 34, 5 кВт, I_н = 176 А, n_Н = 565 об/мин, U_Н = 220 В, Р = 2, R_Я. = 0, 035 Ом.

Для управления выпрямительной и инверторной группами преобразователя используется согласованное управление (см. рис. 1).

Расчет и выбор аппаратов и элементов защиты выпрямителя

Расчет характеристик выпрямителя

ВВЕДЕНИЕ

Расчет и выбор силового трансформатора

Управляемый выпрямитель (рис. 1) подключается к судовой сети через силовой трансформатор. Применение трансформатора обусловлено необходимостью согласования напряжения питающей сети с напряжением двигателя, а также ограничения скорости нарастания прямого тока вентилей в коммутационных процессах. Кроме того, он своим сопротивлением позволяет понизить токи короткого замыкания при внутренних и внешних повреждениях в выпрямителе. Для отдельных судовых электроприводов, где не требуется согласование напряжений сети и нагрузки, применяются токоограничивающие реакторы.

Рис. 1. Схема трехфазного управляемого мостового выпрямителя

Исходными данными для расчета трансформатора являются напряжение, ток нагрузки и выбранная схема преобразователя. Расчет начинается с предварительного определения вторичного фазного напряжения трансформатора. Точное определение его затруднено, так как в начальной стадии расчета неизвестны падения напряжения на отдельных элементах силовой схемы. Учитываются эти падения с помощью соответствующих коэффициентов, значения которых приведены в табл. 1.

Действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки равно:

U_2ф = k_U · , (1)

где - коэффициент (табл.1), равный отношению напряжения вторичной обмотки силового трансформатора к среднему значению выпрямленного напряжения .

Напряжение условного холостого хода управляемого выпрямителя с учетом колебания напряжения сети определяется выражением

, (2)

где - учитывает возможное снижение напряжения сети (обычно принимают = 1, 05 - 1, 1);

- среднее значение выпрямленного напряжения;

, , - падения напряжения на активных сопротивлениях сглаживающего и уравнительного реакторов, силового трансформатора;

- коммутационное падение напряжения;

- среднее падение напряжения на тиристорах.

Таблица 1. Основные параметры управляемых выпрямителей

Схема выпрямления	f ог m = —— f с	U2ф —— U_do	Uв. обр —— U_do	I 2ф —— I_d	I в —— I_d	I в.ср —— I_d	I в.max —— I_d	Sт —— P_d	Кп
Двухфазная нулевая		1, 11	3, 14	0, 785	0, 785	0, 5	1, 57	1, 48	0, 67
Двухфазная мостовая		1, 11	1, 57	1, 11	0, 785	0, 5	1, 57	1, 23	0, 67
Трехфазная нулевая		0, 855	2, 09	0, 587	0, 577	0, 33	1, 21	1, 37	0, 25
Трехфазная мостовая		0, 428	1, 045	0, 817	0, 577	0, 33	1, 045	1, 045	0, 057

Примечания: m - кратность пульсаций в кривой выпрямленного напряжения;

- частота основной гармоники выпрямленного напряжения;

- частота напряжения питающей сети;

, - средние значения выпрямленного напряжения и тока;

- максимальное значение обратного напряжения на тиристоре;

, - действующие значения фазного напряжения и тока вторичной обмотки трансформатора;

, , - действующее, среднее и максимальное значения токов через тиристор;

- расчетная мощность трансформатора;

- средняя выпрямленная мощность;

- коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.

В связи с тем, что в начальной стадии расчета еще не выбраны трансформатор, тиристоры, сглаживающий дроссель и уравнительный реактор при предварительном определении составляющих данного выражения следует принимать:

1) максимальное среднее значение выпрямленного напряжения определяется номинальным напряжением на якоре двигателя:

= U_Н;

2) падение напряжения на активных сопротивлениях сглаживающего и уравнительного реакторов, трансформатора можно определить приближенно:

; (3)

; (4)

; (5)

3) коммутационное падение напряжения

, (6)

где - напряжение короткого замыкания силового трансформатора;

А - коэффициент, определяемый схемой выпрямления (для трехфазных нулевой схемы А = 0, 87, мостовой - А = 0, 5).

Необходимое напряжение на вторичной обмотке трансформатора

; . (7)

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора без учета коммутационных режимов и пульсаций:

, (8)

где - номинальный ток двигателя.

12 3 Следующая ⇒