Групповое соединение СПП в одном плече преобразователя

Рис.4

Сопротивление шунтирующих резисторов, рассчитываем по формуле:

                                                                                                           (23)

где:  - число последовательных приборов;

- наибольшее допустимое мгновенное напряжение для одного СПП данного класса (повторяющееся напряжение), В;

 - наибольшее мгновенное обратное напряжение на плече, В;

 - наибольший повторяющийся импульсный обратный ток СПП, А.

 Мощность резистора определяется по формуле:

                                                                                                                        (24)

где:  - эффективное значение напряжения прикладываемого к резистору, В.

 

 Емкость конденсатора в активно-емкостном делителе определяют, используя соотношение:

                                                                                                              (25)

где:  - наибольшая возможная разность зарядов восстановления последовательно включенных приборов, Кл.

 

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВНЕШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАЦИИ.

 

 5.1. Исследование внешней характеристики и коэффициента мощности.

 Одной из важнейших характеристик, определяющих работу выпрямителя, является его внешняя характеристика, которая представляет собой зависимость среднего выпрямленного напряжения от среднего выпрямленного тока .

 С увеличением тока нагрузки выпрямленное напряжение уменьшается. Потери в преобразователе можно условно разделить на следующие основные составляющие:

· потеря напряжения на коммутации

· потеря напряжения на активных сопротивлениях (в обмотках трансформатора)

· потеря напряжения на силовых полупроводниковых приборах

 Потеря напряжения на коммутацию:

                                                                                                             (26)

 Потеря напряжения на активных сопротивлениях:

                                                                                               (27)

где: -угол коммутации выпрямителя;

                                                                                                      (28)

                                                                                                                (29)

 Потеря напряжения на силовых полупроводниковых приборах:

                                                                                                                 (30)

где: - число плеч, одновременно проводящих ток;

- число последовательных СПП в одном плече;

                                                                                                              (31)

 

 Уравнение внешней характеристики имеет вид:

                                                                                    (32)

 При номинальном режиме:

 

 

 Если известна мощность на стороне выпрямленного тока, то для определения полной мощности преобразователя необходимо знать коэффициент мощности:

                                                                                                         (33)

где: -коэффициент фазового сдвига основной гармонической тока питающей сети;

- коэффициент искажения формы тока первичной сети;

                                                             ,                                                            (34)

- эффективное значение высших гармонических составляющих тока питающей сети;

                                                                                               (35)

 Фазовый угол сдвига основной гармонической тока питающей сети для неуправляемого выпрямителя:

                                                                                                                            (36)

для номинального режима:

 Результаты расчета коэффициента мощности для различных значений тока приведены в таблице 1.

Таблица 1.

	0	750	1500	2250	3000
	0,955	0,908	0,86	0,811	0,76

 

 На основании таблицы строится график зависимости коэффициента мощности от выпрямленного тока (рис.5.1.).

 

Рис. 5.1

 

 5.2. Исследование коммутации.

 Наличие индуктивных сопротивлений на стороне переменного тока преобразователя приводит к появлению интервала коммутации, который называется углом коммутации  и измеряется в электрических градусах. С учетом принятых в курсе преобразовательной техники допущений (симметричные синусоидальные питающие напряжения; полностью сглаженный ток на стороне выпрямленного напряжения; расчеты выполняются при нагрузке не выше нормальной) угол коммутации определяется по выражению:

                                                                                                   (37)

 Далее исследуется форма тока на коммутационном интервале. Ток коммутации определятся по формуле:

                                                                                          (38)

 Ток плеча, входящего в работу , изменяется по закону тока коммутации и при  достигается в амплитуде значения . Ток плеча, выходящего из работы , изменяется как  и при  становится равным нулю. Производится расчет токов плеч при изменении  от 0 до . Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.

 Угол коммутации при номинальном режиме:

 при ;

Таблица 2.

Ток
	0	37,4	149,2	411,8	914,9	1500
	0	37,4	149,2	411,8	914,9	1500
	1500	1462,6	1350,8	1088,2	585,1	0

 

 По данным таблицы строятся зависимости  и , приведенные на рис.5.2.

Рис. 5.2

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК (КПД, КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ)

 

Суммарные активные потери в схеме преобразователя определяются по формуле:

                                                                 (39)

где: - потери в стали преобразовательного трансформатора, равные потерям холостого хода  для выбранного трансформатора;

- потери в меди преобразовательного трансформатора, которые определяются потерями короткого замыкания , пропорциональными квадрату отношения выпрямленного тока к номинальному току, т.е.:

                                                                                                              (40)

- потери в СПП, т.е.:

                                                                      (41)

- число плеч преобразователя одновременно проводящих ток;

-средний ток диода при

- потери в делителях напряжения и тока, составляющая

 - потери в сглаживающем реакторе. Здесь  - активное сопротивление обмотки сглаживающего реактора, которое в расчетах можно принять равным (0,01…0,02) Ом;

- потери в устройствах защиты и систем управления, применяются равными 0,2% от ;

 Для номинального режима:

 

 Суммарные потери мощности в преобразователе:

 

 Коэффициент полезного действия выпрямителя определяется по формуле:

                                                                                                                        (42)

 

 Результаты расчетов потерь мощности и КПД для остальных режимов сведены в таблицу 3.

 

Результаты расчетов энергетических характеристик выпрямителя.

Таблица 3.

I d, A	0	750	1500	2250	3000
	4	4	4	4	4
	0	4	16	36	64
	0	1,95	4,8	8,54	13,19
	1	1	1	1	1
	0	5,63	22,5	50,63	90
	2,22	2,22	2,22	2,22	2,22
	7,22	18,8	50,52	102,4	174,4
	0	555,8	1111,7	1667,5	2223,3
	7,22	574,6	1162,22	1769,9	2397,7
	0	0,967	0,957	0,942	0,927

 

 По данным таблицы стоятся зависимости а также изменение составляющих потерь от выпрямительного тока . Зависимости  приведены на рис.6.1., а изменение составляющих потерь мощности на рис.6.2.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

 

 В данном курсовом проекте был произведен расчет преобразовательного агрегата, предназначенного для установки на тяговых подстанциях метрополитена. Построены временные диаграммы напряжений и токов, а также характеристики тягового полупроводникового преобразователя.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

 

1. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи: Учебник для вузов ж.- д. трансп. – М.: Транспорт, 1999. – 464с.

2. Справочник по электроснабжению железных дорог. Т.2 / Под ред. К.М. Марквардта. – М.: Транспорт, 1981. – 392с.

3. Методическое указание к курсовому проекту. Проектирование тягового полупроводникового преобразователя. А.Т. Бурков, А.П. Самонин. Санкт-Петербург 2001.