Выбор вентилей управляемого выпрямителя

ФГБОУ ВПО

ДВГУПС

 

 

 

 

 

Кафедра «Электроснабжение

транспорта»

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему «Выбор вентилей управляемого выпрямителя».

 

 

КР 190401.65.                                                   632

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:Митькина М.С.

Проверил: Завражин В.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Хабаровск

2011

Содержание:

1.Объём курсовой работы....................................................................3

2.Исходные данные..............................................................................4

3.Расчёт аварийных режимов управляемого выпрямителя..............5

3.1.Подготовка исходных данных.......................................................5

3.2.Короткое замыкание на шинах  выпрямленного напряжения.....7

3.3.Короткое замыкание при пробое  тиристорного плеча................8

3.4.Проверка тиристоров по току  рабочего режима..........................8

4.Определение последовательно  включённых тиристоров...............9

5.Определение общего количества тиристоров................................10

6.Определение параметров резисторов  и конденсаторов................10

7.Графическая часть    ........................................................................11

8.Индивидуальное задание…………………………………………..12

9. Список литературы………………………………………………..14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Объем курсовой работы

 

1. Вычертить  однолинейную и расчетную схемы.

2. Провести  расчет токов к.з. при замыкании шин выпрямленного напряжения на землю и пробое вентильного плеча.

3. Выбрать  тип тиристоров.

4. Определить  количество  параллельно включенных  тиристоров в вентильном плече.

5. Определить  количество последовательно соединенных  тиристоров в вентильном плече.

6. Рассчитать  общее количество тиристоров  в выпрямителях.

7. Определить  параметры резисторов и конденсаторов,  необходимых для равномерного  распределения по тиристорам прямого тока и обратного напряжения.

8. Построить  временную диаграмму  очередности  подачи управляющих импульсов  на тиристорные плечи при и .

9. Построить  временную диаграмму открытых  состояний тиристорных плеч при и .

10. Вычертить  в масштабе временную диаграмму  формирования обратных напряжения на закрытом тиристорном плече при и .

11. Вычертить  в масштабе временную диаграмму  тока к.з. при пробое вентильного плеча и (выпрямитель под номинальной нагрузкой).

12. Вычертить  принципиальную схему тиристорного плеча с обозначением параметров всех элементов.

 

13.Индивидуальное  задание. Рассчитать и построить  зависимость X=f(U1). 

2. Исходные данные

 

1.1. Параметры короткого замыкания на первичных шинах подстанции:

Напряжение короткого  замыкания                                                                 Uс = 110 кВ;

Мощность короткого замыкания                                                                    Sкз =  930000 кВА;

 

 

1.3. Колебания напряжения  питающей цепи                                                 Кс% = 6;

 

1.4. Схема выпрямителя с  уравнительным реактором

 

1.5. Количество выпрямителей                                                                       Nв = 4;

 

1.6. Параметры выпрямителя:

Мощность                                                                                                          Р = 9000 кВт;

Номинальный ток                                                                                             Id0 = 3000 А;

 

1.7. Выпрямленное напряжение                                                                     Udном = 3900 В;

 

1.8. Параметры преобразовательного  трансформатора:

Мощность                                                                                                          Рт = 12500 кВт;

Первичное напряжение                                                                                    U₁ = 110 кВ;

Напряжение короткого  замыкания (к.з.)                                                        Uкз = 12%;

Мощность короткого замыкания                                                                    ΔРк2 = 93 кВт;

Мощность холостого хода                                                                               Рхх = 32 кВт;

Количество                                                                                                        N2 =  2;

 

1.9. Отношение величины коммутационного (повторяющегося) перенапряжения к максимальному обратному                                                                                                      Кγ = 1,68;

 

1.10. Отношение амплитуды  неповторяющегося перенапряжения  к U_do        Kuн = 3,7;

 

1.11. Охлаждение тиристоров  воздушное

 

1.12. Коэффициент перегрузки                                                                       Кпер = 1,28;

Температура охлаждающего воздуха                                                     Та = 28◦С;

 

 

 

 

 

3. Расчет аварийных режимов управляемого выпрямителя.

 

3.1.Подготовка исходных данных.

Исходными данными  являются паспортные параметры установленного на подстанции основного оборудования и характеристики питающей сети. Наиболее тяжёлыми аварийными режимами полупроводникового выпрямителя является короткое замыкание на шинах выпрямленного напряжения и пробой вентилей, что в итоге тоже приводит к короткому замыканию.

При анализе  аварийных процессов обычно принимаются  следующие допущения:

• При расчетах токов к.з. вентили принимаются идеальными и падением напряжения в них принебригаем;
• Все активные и индуктивные сопротивления линейны;
• Трёхфазная питающая сеть имеет синусоидальное и симметричное напряжение;
• Намагничивающий ток трансформатора не учитывается;
• Авария в преобразователе возникает при установившемся режиме питающей сети;
• Активным сопротивлением питающей сети принебригаем;
• Индуктивность в цепи выпрямленного тока равна бесконечности.

Развитие  аварии в выпрямителе при указанных  допущениях определяется параметрами  цепи переменного тока приведёнными к напряжению вторичной обмотки трансформатора выпрямительного агрегата.

При заданной мощности короткого замыкания в  питающей сети индуктивное сопротивление  от источника до места подключения  подстанции определяется по формуле

 

 

где  К_Т1 – коэффициент трансформации понизительного трансформатора;

К_Т2 – коэффициент трансформации трансформатора выпрямителя;

Uс – линейное напряжение питающей сети, кВ;

Sкз – мощность короткого замыкания, кВА.

 

Найдем коэффициенты трансформации  по следующим формулам, так как в схеме отсутствует понизительный трансформатор, то расчеты приобретают следующий вид:

 

Тогда

 

Индуктивное сопротивление фазы понизительного трансформатора, приведенное к напряжению вторичной обмотки, трансформатора выпрямительного агрегата, найдётся по выражению:

Индуктивное сопротивление  фазы трансформатора выпрямителя, приведенное  к напряжению вторичной обмотки:

 

 

где      U_К2% - напряжение короткого замыкания трансформатора выпрямителя, %;

U_2Ф - напряжение фазы вторичной обмотки трансформатора выпрямителя, кВ;

S_Т2 - номинальная мощность трансформатора выпрямителя, кВА.

 

 

По данным выражений (1), (2) находится индуктивное сопротивление в цепи переменного тока преобразователя:

 

где      N₁ - количество понизительных трансформаторов на подстанции;

N₂ - количество трансформаторов выпрямительных агрегатов.

 

Активное  сопротивление в цепи переменного  тока преобразователя определяется по выражению:

 

где

R’a₂ - для трансформатора выпрямителя, Ом.

Значение R’a₂ определяется по аналогичной формуле:

 

где    DP_K2- мощность потерь из опыта короткого замыкания трансформатора выпрямителя, кВт.

 

Тогда по выражению (5):

 

 

 

 

3.2. Короткое замыкание на шинах выпрямленного напряжения.

Для расчёта  принимается наиболее тяжёлый режим  развития аварии. Под нагрузкой находятся все трансформаторы и выпрямители. Короткое замыкание (рис. 5) происходит при работе выпрямителя с углом регулирования a=0 , когда ток к.з. достигает максимальных значений. В курсовой работе предполагается, что с возникновением к.з. система управления блокируется и управляющие импульсы на тиристоры не поступают, начиная с очередной по времени коммутации. Такой ток к.з. можно рассматривать как ударный и если его значение, приходящееся на один тиристор, окажется меньше паспортного ударного тока тиристора, то он при заданном к.з. проходит по ударной токовой и термической нагрузке. Поскольку в курсовой работе заданы мощные высоковольтные выпрямители, то в них для защиты от токов к.з. плавкие предохранители не предусматриваются и по защитному показателю тиристоры в расчетах не проверяются.

Среднее значение тока к.з. на шинах выпрямленного напряжения соответственно определится :

 

 

Максимальное  значение тока к.з. учитывается ударным коэффициентом К_t:

 

где Кt - переходный коэффициент от среднего к максимальному значению, определяется по графику в виде зависимости Кt =¦(R_a/X_a )

Определяя по графику значение Кt, получаем: Кt =2,3, при R_a/X_a=0,0099101/0,195814=0,05061.

 

 

Максимальное  значение тока тиристорного плеча включенного по схеме с уравнительным реактором составляет:

 

где  N_B - количество находящихся в работе выпрямителей.

 

При включении в вентильном плече "а" параллельных тиристоров максимальный ударный ток короткого  замыкания, проходящий через один тиристор, будет равен:

 

где       К_Н - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения тока по тиристорам,

К_Н  = 0,9.

Паспортный  ударный неповторяющийся ток  тиристора, должен быть больше тока, определённого по выражению (9). Предварительно выбрав тиристор из условия, что расчетный параметр "а" в плече должен быть близким очередному большему целому числу, подбором найдём (с последующим округлением).

 

где       I_T уд. ласп. - паспортный ударный неповторяющийся ток через открытый тиристор, А.

Выбираем тип тиристора Т171-200. I_T уд. пасп=5,5кА.

 

Принимаем а=2, тогда

 

 

3.3.Короткое замыкание при пробое тиристорного плеча.

При пробое одного из тиристорных плеч выпрямителя возникает внутреннее короткое замыкание, вызывающее динамическую перегрузку оставшихся в работе тиристорных плеч. К повреждению тиристоров наиболее часто приводит резкий скачок обратного напряжения в конце периода коммутации. Авария (пробой) в момент окончания коммутации является наиболее тяжёлой по амплитуде тока к.з., длительности и тепловому воздействию.

В расчёте  предполагается пробой в конце периода  коммутации при  a = 0, что соответствует наиболее тяжёлому режиму развития внутреннего к.з. в выпрямителе. Система управления оснащена схемой блокирования управляющих импульсов до первой очередной коммутации.

Фактическое значение амплитуды тока к.з. определяется по выражению:

 

где            При Ra/Xa=0,05

Im - значение тока к.з. на выводах вторичной обмотки трансформатора выпрямителя:

 

здесь          U_2ф - действующее номинальное значение фазного напряжения вторичной обмотки