andrey

Путь к Файлу: /Контрольные работы / Курсовая работа_Энергетическая электроника.doc

Ознакомиться или скачать весь учебный материал данного пользователя
Скачиваний:   5
Пользователь:   andrey
Добавлен:   24.01.2015
Размер:   263.0 КБ
СКАЧАТЬ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова

 

 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

 

 

 

Курсовая работа

по учебной дисциплине

энергетическая электроника

Вариант 8

 

 

 

 

Выполнил студент группы ЗЭЭ-11-08

Войнов М. А.

Руководитель работы

доцент

Петров М. И.

 

 

 

 

Чебоксары 2010 г.

Дано.

Принципиальная схема преобразовательной установки приведена на рисунке 1.

Курсовая работа_Энергетическая электроника

Рисунок 1.

Исходные данные для расчёта:

Uc = 10кВ, Sк = 10МВА, ∆Р = 3кВт, Uк = 6%, Ud = 510В, Id = 1000A, q = 0.011,    Ki = 0.989, Курсовая работа_Энергетическая электроника, Курсовая работа_Энергетическая электроника, Курсовая работа_Энергетическая электроника, Курсовая работа_Энергетическая электроника, Курсовая работа_Энергетическая электроника, Курсовая работа_Энергетическая электроника, Курсовая работа_Энергетическая электроника, А = 0,52, Uf = 1В, K = 1,1.

Найти.

Разработать и рассчитать преобразовательную установку (выпрямитель) исходя из данных и принципиальной схемы преобразователя. Предел регулирования U от 0,5 до 1,0 Ud ном.


Решение

1. Расчёт основных типовых элементов силовых схем преобразователя.

Номинальное напряжение рассчитывается по выражению:

Ud ном = Udi0 - Udxt - Udrt - Udxc - Udv;

Udxt = А ∙ Uxt ∙ Udi0;

Udxt — снижение выпрямленного напряжения при нормальном токе нагрузки, обусловленное индуктивностями рассеивания трансформатора.

А — коэффициент наклона внешней характеристики (зависит только от схемы выпрямления).

При нормальном токе и при Uxt = UК, имеем:

Udxt = 0,52 ∙ 0,06Udi0 = 0,0312Udi0.

Udxc — снижение выпрямленного напряжения, обусловленное индуктивной составляющей сопротивления питающей сети и определяется;

Курсовая работа_Энергетическая электроника,

так как Курсовая работа_Энергетическая электроника› 5% и равно 5,865%, то его необходимо учитывать.

Для m = 12 получаем: Udxc = 0,015 Udi0.

Udrt — снижение выпрямленного напряжения, обусловленное эквивалентном сопротивлением для активных потерь.

Из соотношений при активных потерях в 3% получаем:

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Udv = k*Uf.

Udv — падение выпрямленного напряжения на вентилях;

Uf — среднее значение падения напряжения на одном вентиле;

k — число последовательно включённых вентилей, через которое протекает выпрямленный ток одновременно.

Udv = 4*1 = 4В.


Откуда:

510 = Udi0 – 0,0312Udi0 – 17,595 – 0,015 Udi0 – 4

Udi0 = 557В.

Окончательно с учётом запаса:

U’di0 = 1,1 Udi0 = 557*1,1 = 612,7.

С учётом соотношений и данных рассчитываем требуемые параметры трансформатора.

Ток вентильных обмотках:

I2 = 0,82*Id = 0,82 * 1000 = 820А.

Фазное напряжение на вентильной стороне:

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Типовая мощность вентильной обмотки

StB = m*U2*I2 = 12*130*820 = 1279200 ВА.

Коэффициент трансформации трансформатора:

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Ток сетевой обмотки:

Курсовая работа_Энергетическая электроника;

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Мощность сетевой обмотки:

Курсовая работа_Энергетическая электроникаВА.

Типовая мощность трансформатора:

Курсовая работа_Энергетическая электроникаВА.

С учётом уравнительного реактора:

St = Ct * Pd0 = 1.03*612.7*1000 = 631081 ВА.

По справочнику выбираем преобразовательный трансформатор с номинальной мощностью SN = 700 кВА, ТСЗП-800/10.

Определим ток вентиля:

IV(AV) = Idном*0,33 = 330А

Действующее значение тока вентиля за весь период проводящего состояния:

IRMS = 0.58*Id = 0.58*1000 = 580А.

Прямое напряжение вентиля:

UV = Ud = 510В.

Повторяющееся импульсное обратное напряжение с учётом: Курсовая работа_Энергетическая электроника будет равно:

URRM = 2.09*Udi0 = 2.09*557 = 1164B.

Курсовая работа_Энергетическая электроникаВыбор тиристора производим из условия:

   IV(AV) ≥ (1,5÷2,0)IV(AV)расч

   UR(RS) ≥ (1,2÷1,5) UR(RS)расч

Выбираем тиристор типа Т143-500 с параметрами:

IТ(AV) = 500А › IТ(AV)расч = 330А

IТ RMS = 1310А › IТRMS расч = 580А

UR(RМ) = 1600 › 1164В

2. Расчёт теплового режима полупроводникового вентиля. Расчет радиатора.

Выбранный вентиль имеет параметры:

Rthjck = 0.065⁰C/Вт,

Rthjck = 0.07⁰C/Вт,

Rthch = 0.034⁰C/Вт,

UТ(ТО) = 1,1В,

rТ = 0,57 мОм.


Расчётные токи через вентиль:

IТ(AV)расч = 330А

IТRMS расч = 580А

Отсюда полная мощность потерь на вентиле:

Ptot = UТ(ТО)* IТ(AV)расч + IТRMS расч* rТ = 1,1*330 + 580*0,57 = 693,7 Вт.

Крепление вентиля к радиатору и эквивалентная схема теплового сопротивления переход среда приведены на рисунке 2.

Курсовая работа_Энергетическая электроника

Курсовая работа_Энергетическая электроника

Рисунок 2.

Конструкцию радиатора выбираем с учётом двухстороннего симметричного охлаждения с одинаковой площадью секций.

Sрад = Sа + Sк,

Sа — площадь анодной части,

Sк — площадь катодной части.


Из эквивалентной схемы замещения исключим Rthh1h2 (для упрощения расчётов). Схема приведена на рисунке 3.

Курсовая работа_Энергетическая электроника

Рисунок 3.

Курсовая работа_Энергетическая электроника⁰С/Вт.

Так  как  поверхности  анода и катода тиристора обработаны смазкой КПТ-8, примем:

Rthch = 0,2*Rthjc.

Отсюда эквивалентная схема замещения будет иметь вид, изображенная на рисунке 4.

Курсовая работа_Энергетическая электроника

Рисунок 4.

R’thjc = Rthjc + Rthch = Rthjc + 0,2Rthjc = 1,2Rthjc.

При расчёте параметров радиатора вместо величины Rthha задаёмся величиной ∆Rthha либо перепадом температуры между радиатором и окружающей средой ∆νha, для рассеиваемой мощности в 1Вт на площади ∆S для различных значений степени черноты ε.

Задаёмся величинами ∆νha = 30⁰С и ε = 0,7. Тогда

∆S = 11 см

νj = νh + R’thjc*Ptot

νh = νа + ∆νha

Находим температуру кристалла:

νj расч = νh + R’thjc* Ptot = 25 + 30 + 0,04*693,6 = 82,7.

Эффективная площадь поверхности радиатора:

Sэф = ∆S*Ptot = 11*693,6 = 7629,6.

Общая площадь поверхности радиатора:

Курсовая работа_Энергетическая электроникасм2.

Так как Sрад › 5000 см2, зададимся перепадом ∆νha = 45⁰С и ε = 0,9, тогда  ∆S = 4,9.

Тогда:

νj = νj расч + (νha - νha расч) = 82,7 +10 = 97,7⁰С.

Sэф = ∆S*Ptot = 4,9*693,6 = 3399.

Курсовая работа_Энергетическая электроникасм2.

Рассчитываем площадь радиатора на стороне анода и катода:

Курсовая работа_Энергетическая электроника см2.

Курсовая работа_Энергетическая электроника см2.

3. Расчёт токов короткого замыкания на стороне выпрямленного напряжения.

Полное сопротивление питающей цепи:

Курсовая работа_Энергетическая электроникаОм.

Реактивное сопротивление сети определяется по соотношению:

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Курсовая работа_Энергетическая электроникамОм.

Активное сопротивление:

Rc = 0.5xс = 2,12*0,5 = 1,06 Ом.

В двух обмоточном трансформаторе:

Zk = (Ztc + Ztv)

Zk — полное последовательное сопротивление трансформатора, пересчитанное к вентильной обмотке:

Курсовая работа_Энергетическая электроникамОм.

Активное сопротивление:

Курсовая работа_Энергетическая электроникамОм.

Реактивное сопротивление:

Курсовая работа_Энергетическая электроникамОм.

Полное сопротивление цепи постоянного тока состоит  из двух составляющих Rd = 40 мОм и реактивного сопротивления хd = 40 мОм.

Курсовая работа_Энергетическая электроникамОм,

xэкв1 = 2(xc + xtc + xtv) = 2*(2.12 + 4.34) = 12.92 мОм,

Курсовая работа_Энергетическая электроникамОм.

Для нахождения коэффициентов С1 — С6 рассчитываем сопротивление х1:

x1 = xc + xtc + xtv = 2.12 + 4.34 = 6,46 мОм.

Находим необходимые для определения коэффициентов С1 — С6 отношения:

Курсовая работа_Энергетическая электроника,

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Находим значения коэффициентов С1 — С6.

С1 = 1,25;

С2 = 0,84;

С3 = 1,14;

С4 = 1,25;

С5 = 1,00;

С6 = 1,30.

Рассчитываем длительный ток короткого замыкания:

Курсовая работа_Энергетическая электроникакА.

Находим значения фактора ударного тока:

хКурсовая работа_Энергетическая электроника.

Ударное короткое замыкание:

iу = C*1.2* хIкз = 1,84*1,2*0,85*8,7 = 16,5 кА.

Максимальная скорость нарастания короткого замыкания:

Курсовая работа_Энергетическая электроникакА/мс.

4. Гармонические составляющие выпрямленного напряжения и потребляемые токи из сети.

Действующее значение напряжения гармонической составляющей n-ного порядка Uni зависит от среднего значения выпрямленного напряжения Udi0 идеального выпрямителя и равно:

Курсовая работа_Энергетическая электроника;

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Курсовая работа_Энергетическая электроника;

Курсовая работа_Энергетическая электроника;

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Рассчитываем напряжение пульсации:

Курсовая работа_Энергетическая электроника.


Основная гармоника тока сети:

I1(1) = ki*I1;

I1 = Id*kтр = 1.6*1000 = 1600А;

I1(1) = 0,989*1600 = 1582,4А.

Действующее значение гармоник:

Курсовая работа_Энергетическая электроника;

Курсовая работа_Энергетическая электроника;

Курсовая работа_Энергетическая электроника;

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Действующее значение тока высших гармонических составляющих:

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

5. Выбор реакторов.

Для уравнительного реактора должны рассчитываться следующие параметры.

Ток реактора:

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Напряжение на реакторе:

Uур = 0.201U2 = 0,201*130 = 26,13В.

Типовая мощность:

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Выбираем реактор типа ФРОС-800 с номинальными параметрами: ток 800А индуктивностью 2 мГн.

6. 
Выбор коммутационных аппаратов и устройств защиты преобразователя.

Выбираем автоматические выключатели из условия:

Uном › Uрасч = 1164В;

Iном › Iрасч = 1164В.

Значение защитного показателя предохранителя должно быть меньше значения интегрального предельного тока (защитного показателя(I2t)) вентиля. В данном случае I2t равно 0,022 кА/мс. Выбираем автоматический выключатель серии ПБФ.

7. Система управления преобразователем.

Системы управления формируют импульсы для управления вентилями с целью регулирования параметров преобразователя в соответствии с управляющим сигналом. Обычно это связано с изменением угла регулирования α. К ним предъявляются следующие требования:

· высокая крутизна управляющих импульсов для чёткого открывания вентилей;

· амплитуды напряжения и тока управляющего импульса должны быть достаточны для надёжного открывания вентилей, но должны превышать допустимых значений для данного класса вентилей;

· продолжительность импульса должна быть такой, чтобы обеспечить надёжное открывание вентиля, минимальное значение которого определяется временем нарастания анодного тока до значения тока удержания.

Выбираем систему импульсно-фазового управления, построенные на вертикальном принципе, как удовлетворяющие всем требованиям к таким системам управления.

Их  работа  основана  на  суммировании   периодического   напряжения   u  =  Umsin(ωt)  и  управляющего  постоянного  напряжения  uу. В момент, когда u ≥ uу, на выходе системы управления возникает импульс напряжения (тока). Опорное переменное напряжение u может быть сформировано из сетевого напряжения после его фильтрации, поскольку оно может содержать высшие гармонические составляющие, фильтрация и сдвиг фазы не всегда удовлетворяют высоким требованиям по точности и стабильности. В связи с этим u преобразуется в напряжение пилообразной формы un, синхронизированное с u, тем самым обеспечивается  широкий диапазон регулирования при линейной зависимости фазы входного импульса от управляющего импульса.

8. Коэффициент полезного действия преобразователя и коэффициент мощности.

Коэффициент полезного действия в нормальном режиме:

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Pdном — номинальная полезная мощность на стороне постоянного тока;

ΣPn — суммарная мощность потерь в нормальном режиме.

Pdном = Udном*Idном = 510*1000 = 510 кВт.

ΣPn = ∆Pv + ∆Pt + ∆Pф + ∆Pr + ∆Pвсп.

∆Pv = n*Ptot = 12*693 = 8316 Bт.

∆Pt = rt*I22 = 0.011*820 = 6724 Bт.

∆Pф = Pф*I1 = 3*500 = 1500 Bт.

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Курсовая работа_Энергетическая электроника

Курсовая работа_Энергетическая электроника

= 810 Вт.

                ∆Pвсп = 0,05 Вт.

ΣPn = 8316 + 6724 + 1500 + 820 + 0,05 = 17360,05 Вт.

Курсовая работа_Энергетическая электроника или 96,7%.

Коэффициент мощности основной гармонике:

Курсовая работа_Энергетическая электроника.

Активная мощность основной гармоники:

P1 = Pα + Pn.

Суммарная реактивная мощность основной гармоники:

Q1 = Qγ + Qα + Qμ.

cos(γ + α) = cosα – 2dxt = 0.83 – 2*0.02 = 0.79.

Курсовая работа_Энергетическая электроника или 34⁰.

γ = 4⁰.

Курсовая работа_Энергетическая электроника ВА.

Qα = Pd0*sinα = 585600*sin34 = 328 кВА.

Qμ = Sном*0,035 = 700*0,035 = 24,5 кВА.

Q1 = 0,727 + 328 + 24,5 = 353,2 кВА.

Pα = Uα*Iα = 510*1000 = 510 кВт.

Pn = 17360,05 Вт.

P1 = 510 + 17360,05 = 527,36 кВт.

Курсовая работа_Энергетическая электроника кВА.

Курсовая работа_Энергетическая электроника

9. Выводы, рекомендации, заключение.

В современных условиях в связи с интенсификаций производства, увеличением использования электроэнергии в жилищно-коммунальном секторе народного хозяйства и применении различных преобразовательных установок необходимо дальнейшее развитие электроэнергетики. Из года в год усложняется энергетическое оборудование. Всё это выдвигает новые требования к надёжности, качеству, безопасности и удобства эксплуатации в работе элементов энергоснабжения. Подобные задачи, в основном, решаются на стадии проектирования преобразовательных установок. Таким образом, данный расчёт позволяет получить навыки проектирования. В нём выделены характерные критерии оптимизации параметров преобразовательных установок и их схем, показана последовательность действий при выполнении отдельных этапов проектирования, а также связи между ними.

Наверх страницы

Внимание! Не забудьте ознакомиться с остальными документами данного пользователя!

Соседние файлы в текущем каталоге:

На сайте уже 21970 файлов общим размером 9.9 ГБ.

Наш сайт представляет собой Сервис, где студенты самых различных специальностей могут делиться своей учебой. Для удобства организован онлайн просмотр содержимого самых разных форматов файлов с возможностью их скачивания. У нас можно найти курсовые и лабораторные работы, дипломные работы и диссертации, лекции и шпаргалки, учебники, чертежи, инструкции, пособия и методички - можно найти любые учебные материалы. Наш полезный сервис предназначен прежде всего для помощи студентам в учёбе, ведь разобраться с любым предметом всегда быстрее когда можно посмотреть примеры, ознакомится более углубленно по той или иной теме. Все материалы на сайте представлены для ознакомления и загружены самими пользователями. Учитесь с нами, учитесь на пятерки и становитесь самыми грамотными специалистами своей профессии.

Не нашли нужный документ? Воспользуйтесь поиском по содержимому всех файлов сайта:



Каждый день, проснувшись по утру, заходи на obmendoc.ru

Товарищ, не ленись - делись файлами и новому учись!

Яндекс.Метрика