ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВЫХ БЛОКОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Трансформаторная техника – одно из наиболее эффективных направлений электротехники.
Преобразовательные устройства служат для преобразования переменного напряжения (тока) в постоянное, постоянного напряжения (тока) в переменный ток, переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты и т. д.
В преобразовательных устройствах используются средства, осуществляющие фильтрацию и стабилизацию тока и напряжения. Основными характеристиками преобразовательных устройств являются КПД, коэффициент мощности и другие энергетические характеристики.
Преимущества полупроводниковых преобразователей по сравнению с другими преобразователями неоспоримы: они обладают высокими регулировочными характеристиками и энергетическими показателями, имеют малые габариты и вес, просты и надежны в эксплуатации. Помимо преобразования и регулирования тока и напряжения, такие установки обеспечивают бесконтактное переключение токов в силовых цепях.
Благодаря указанным преимуществам полупроводниковые преобразовательные устройства нашли широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.


Задание Таблица 1. Исходные данные для проектирования преобразователя
U,КВ Uс,% Uн,В Iн,A Kп t ,c
Kп t ,mc q,% Хар.нагр. Реж. раб.
я. двиг. выпр.,инв.
0,38 5 230 320 1,8 4 1,3 70 25 + +
Система защиты вентилей Способ воздушн. c, C
токовая перенапряжен. охлаждения
вну.кз кз=I ком.vs,vd ком.нгр. естественный 10
1) U- напряжение питающей сети.
Uc- колебания напряжения питающей сети.
Uн - номинальное значение выпрямленного напряжения на нагрузке.
Iн - номинальное значение выпрямленного тока в нагрузке.
Kп - кратность кратковременной технологической перегрузки.
t - длительность кратковременной технологической перегрузки.
Kп - кратность длительной технологической перегрузки.
t - продолжительность действия длительной технологической перегрузки.
q - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке.
Характер нагрузки: Я - якорь двигателя.
11) Режим работы: В- выпрямительный , И- инверторный.
12) Способ управления преобразователем: Управляемый.
Система защиты:
вну. кз - внутренние короткие замыкания.
кз = I - короткие замыкания на стороне постоянного тока.
кз ~ I - короткие замыкания на стороне переменного тока.
ком.vs,vd - коммутационные перенапряжения в вентилях.
ком.нгр.- коммутационные перенапряжения со стороны нагрузки.
с - температура окружающей среды.
 - коэффициент полезного действия установки.
 - коэффициент мощности установки.
1. Разработка концепции
1.1 Выбор и обоснование схем подключения арматуры
Разработанный преобразователь представляет собой преобразователь средней мощности: P н = I н U н =73,6 кВт , поэтому схему нужно и целесообразно принять трехфазную.
Источник питания выбираем, трехфазную сеть переменного тока. А из трехфазных выпрямительных схем я предпочитаю трехфазный мостовой выпрямитель, т.к. он должным , образом обеспечивает коэффициент пульсации q =5,7% от U н , при требуемом q =25%, т.е. нет необходимости применять сглаживающий фильтр. В связи с разницей напряжений питающей сети U с =0,38 кВ и U н =230 В, у нас возникает необходимость включения в схему понижающего трансформатора. Обмотки трансформатора соединены звездой. При этом подключении вентилей по трехфазной мостовой схеме постоянные составляющие токов вторичной обмотки не должны создавать PVN.
Используются для этого специальные быстродействующие предохранители для защиты клапанов от внутреннего КЗ предохранители установлены последовательно в цепи каждого тиристора от КЗ на постоянном токе – автоматический выключатель.
Коммутационные перенапряжения в вентилях устраняются отключением R - C цепей параллельно каждому тиристору, перенапряжения в нагрузке – включение нулевого диода.
2. Расчет параметров и подбор элементов схемы.
2.1 Основные соотношения, характеризующие трехфазную мостовую схему трансформатора
я а = 1/3 I н=1/3 320 = 106,7 А (2.1.1), [1, с.217 ]
U 2= U о*0,427=230*0,427=98,21 , В (2.1.2), [1, с.217 ]
Я 2 = 0,817 I н = 0,817 320 = 261,44А (2.1.3), [1, с.217 ]
Мощность, которая передаваемая в нагрузку:
Рн = U н I н = 230 320 = 73,6 кВт (2.1.4), [1, с.217]
Типичная мощность которая нужна для трансформатора:
S т = 1,05Рн = 1,05 73600 = 77,28 кВ А (2.1.5), [1, с.217 ]
Ia- средний ток, протекающий через вентиль
U 2- текущее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора
I 2 – текущее значение тока вторичной обмотки трансформатора
2.2 Расчет электрических параметров трансформатора
Учитывая типовую мощность трансформатора и напряжение питающей сети, выбираю трансформатор ТМ-100/10 [2, табл.29-1 , с.246 ]
Таблица 2. Технические данные трансформатора
Параметр Значение
Власть 100 кВА
Напряжение силовой обмотки 0,38кВ
Напряжение вторичной обмотки 230 В
Потери холостого хода 0,365 кВт
Потери от короткого замыкания 2,27 кВт
Напряжение короткого замыкания 4,7%
Ток холостого хода 2,6%

Для отключения преобразователя нужно от сети необходим токовый выключатель.
I_1=0,817⋅n⋅I_"н" =0,817⋅U_2/U_1 ⋅I_"н" =0,817⋅230/380⋅320=158,2(А).
С учетом возможных перегрузок в качестве QS 1 из [5 , c.589 ] выбираем выключатель ВНП-16 на напряжение 0,38 кВ и ток 30 А.
2.2.1 Расчет сопротивлений трансформатора
X 2 k , и R 2 k - реактивное и активное сопротивления, которая подведен ко вторичной стороне одной фазы трансформатора и сети переменного тока, т.е. X 2 k =Х2к ,т + Х2к,с и R 2 k =R2 k ,т + R2 k ,с .
Поскольку мощность моего нужного преобразователя S т = 77,28 кВ т < 500 кВт , которая с сопротивлением питающей сети можно пренебречь: X 2 k =Х2к ,т , R 2 k =R k , 2т . [3, с.105 ] .