Реферат на тему: Анализ состояния перспектив проектирования и разработки статических преобразователей средней

Введение

При использовании в промышленной электронике разнообразного оборудования его нужно снабжать необходимыми источниками питания, которые должны обеспечивать надёжную безаварийную работу питаемых узлов. Наибольшим спектром потребительских качеств обладают вторичные источники напряжения - преобразователи на основе полупроводниковых приборов. Целью настоящей работы является расчёт источника питания, преобразующего и выпрямляющего входное напряжение до необходимой выходной величины с требуемым коэффициентом пульсаций и величиной выходного тока. Путём использования трансформатора напряжения, соответствующей вентильной выпрямительной схемы, фильтра гармонических составляющих выходного напряжения и надёжной системы защиты от перегрузок и коротких замыканий.

1. Анализ состояния перспектив проектирования и разработки СПСМ

Силовые полупроводниковые преобразовательные устройства выпускаются на малые, средние и большие мощности. Поэтому они могут использоваться во всех областях народного хозяйства: для электролиза на химических и алюминиевых предприятиях, для тяговых подстанций, для электрифицированного железнодорожного транспорта. А также для регулируемого электропривода, в том числе электропривода прокатных станов, для средств связи, для питания различного рода подъемников, лифтов, магнитных кранов, для подземного шахтного оборудования, возбудителей синхронных машин. Кроме того в бортовых системах электропитания различного назначения (преобразователи малой мощности), в устройствах автоматики, а также в системах автоматического управления. Среди разнообразных требований, предъявляемых к преобразователям, общими являются обеспечение максимальных к. п. д. и коэффициента мощности отдельных узлов и элементов, а также максимальной надежности и устойчивости. Полупроводниковые преобразователи наиболее качественно удовлетворяют перечисленным требованиям. Они отличаются малыми габаритами и весом. Так, на один киловатт преобразованной мощности приходится вес оборудования электромашинного агрегата в 15-30 кг, ионного - в 2-5 кг, а полупроводникового в 1-2 кг (цифры приведены без учета питающего трансформатора).

Полупроводниковые преобразователи потребляют очень малую мощность управления, их коэффициент усиления превышает 100 000. Они почти безинерционны. Отсутствие контактов, подвижных и вращающихся частей, возможная универсальность создания отдельных блоков преобразователей, постоянная готовность к работе и другие особенности открыли широкую возможность их применения.

Благодаря специфическим свойствам полупроводниковых вентилей разработаны и разрабатываются совершенно новые типы преобразователей. К ним относятся выпрямители, в которых в одном блоке объединены и трансформатор и преобразователь. Такие выпрямители экономически выгодны, так как не требуют специальных помещений, могут эксплуатироваться на открытых площадках, не нуждаются в соединительных шинах, имеют единую масляную систему охлаждения. Мощность одного такого преобразователя может быть огромной (десятки мегаватт). Перспективными являются импульсные преобразователи постоянного напряжения на тиристорах. Такие преобразователи на средние и большие мощности могут применяться в электрифицированном городском и железнодорожном транспорте постоянного тока вместо регулировочных и пусковых реостатов, так как их КПД очень высок. Дальнейшее совершенствование полупроводниковых вентилей, а также оптимальное сочетание динамических параметров вентилей с электрическими режимами преобразователя при его проектировании, использование эффективных методов исследования преобразователей будут способствовать разработке преобразовательных устройств с высокими технико-экономическими показателями.

В настоящее время в силовой электронике значительное распространение получили статические полупроводниковые преобразователи. В целом их можно разделить на однофазные и трёхфазные устройства. Трёхфазные системы делятся на трёхфазные мостовые полупроводниковые преобразователи, работающие в выпрямительном и инверторном режимах и шестифазные выпрямители с уравнительным реактором.

Однофазная двухполупериодная схема с выводом нулевой точки. Простейший двухполупериодный преобразователь состоит из однофазного двухобмоточного трансформатора с нулевой точкой и двух вентилей. Нагрузка включается между нулевой точкой, разделяющей вентильную обмотку трансформатора на две части, и катодами вентилей. В схеме имеет место двухфазное выпрямление (m=2). Схема применяется, как правило, при сравнительно небольших мощностях преобразователя (до 100 кВт) или в специальных случаях при мощности до 3000 кВт. Ее особенностью является то, что токи в частях вентильных обмоток имеют одинаковое направление, содержат постоянную и переменную составляющие.

Трехфазная нулевая схема. Преобразователь, выполненный по этой схеме, состоит из трехфазного двухобмоточного трансформатора и трех вентилей. Поскольку выпрямленные напряжения и токи имеют три пульсации за период, то фазность выпрямления равна трем (т=3). Особенностью схемы является наличие в магнитопроводе трансформатора потока вынужденного намагничивания из-за нескомпенсированных магнитодвижущих сил сетевой и вентильной обмотки фазы. Трехфазную нулевую схему с вентильными обмотками, соединенной в звезду с нулевой точкой, применяют крайне редко и как исключение.

Шестифазная нулевая схема. Преобразователь состоит из трехфазного трансформатора, вентильная обмотка которого разделена на две части, и двух трехфазных вентильных групп. Вентили V1, V3, V5 первой группы присоединены к фазам прямой звезды, а вентили V2, V4, V6 - к соответствующим фазам обратной звезды. Нулевые точки звезд 01 и 02 связаны между собой через однофазный уравнительный реактор с ферромагнитным магнитопроводом. Благодаря уравнительному реактору выравниваются мгновенные значения анодных напряжений следующих друг за другом фаз нечетной и четной групп вентилей. Этим обеспечивается параллельная работа трехфазных групп, в результате чего в любой момент времени ток проходит одновременно через две вентильные обмотки. Выпрямленное напряжение имеет за один период шестифазную пульсацию (m=6). Вследствие хорошего использования вентилей и отсутствия в трансформаторе потока вынужденного намагничивания схему две обратные звезды с уравнительным реактором применяют в преобразователях с относительно низким выпрямленным напряжением и большим током.

Однофазная мостовая схема. Однофазный преобразователь по мостовой схеме состоит из однофазного трансформатора и четырех вентилей. В этой схеме по обеим обмоткам трансформатора протекает переменный ток, что исключает возможность появления однонаправленного потока. Для уменьшения потоков рассеяния в преобразователях с трансформаторами стержневого типа обе обмотки располагаются симметрично по обоим стержням магнитной системы либо используется трансформатор броневого типа. Выпрямленное напряжение имеет двухфазную пульсацию (m=2).

Трехфазная мостовая схема. Преобразователь по трехфазной мостовой схеме (схема Ларионова) состоит из трехфазного трансформатора и шести плеч вентилей. В этой схеме сетевые обмотки и вентильные обмотки трансформатора соединяют в звезду или треугольник. Магнитная система трансформатора уравновешена, так как магнитодвижущие силы обмоток скомпенсированы. Выпрямленное напряжение имеет шестикратную пульсацию, и фазность преобразования равна шести (т = 6). Преобразователь имеет ряд преимуществ: мощности сетевых и вентильных обмоток равны, благодаря чему обеспечивается хорошее использование трансформатора; при пробое вентиля обратного тока нет; обратное напряжение мало, так как оно распределяется между двумя последовательно включенными вентилями; в магнитопроводе трансформатора нет потоков вынужденного намагничивания. Преобразователь по мостовой схеме применяется весьма широко.

В таблице 1.1 [1] приведены сравнительные характеристики выпрямителей различных типов для нагрузки активно-индуктивного типа.

Где: q0 - коэффициент пульсаций, Iа - среднее значение тока вентиля, Id - среднее значение выходного тока выпрямителя, Uобр - амплитуда обратного напряжения на вентилях, Ud - среднее значение выходного напряжения выпрямителя, SТ - расчётная мощность трансформатора, Рd - значение мощности на нагрузке.

Таблица 1.1.

Основные показатели выпрямителей.

1.1.1.1.1.1.1.1 Тип выпрямителя

1.1.1.1.1.1.1.2 Пульсность m

1.1.1.1.1.1.1.3 Минимальное число вентилей

Однофазный нулевой

Однофазный мостовой

Трёхфазный нулевой

Трёхфазный мостовой (схема Ларионова)

Двойной трёхфазный с уравнительным реактором

Оглавление

- Введение

- Анализ состояния перспектив проектирования и разработки статических преобразователей средней мощности СПСМ

- Расчёт токов и напряжений. Выбор тиристоров и охладителей

- Расчёт семейства внешних характеристик

- Расчет высших гармонических кривой выпрямленного напряжения

- Расчет сглаживающего фильтра. Выбор конденсаторов. Расчет сглаживающего дросселя

- Электромагнитный расчет трансформатора

- Выбор устройств защиты от аварийных токов и перенапряжений

- Разработка функциональной схемы системы управления

- Заключение

- Список литературы

- Перечень элементов

Заключение

В результате проведённого расчёта, разработан статический преобразователь средней мощности. Содержащий понижающий трёхфазный трансформатор типовой мощностью 30 кВт, тиристоры типа Т113-200. Для снижения пульсаций выходного напряжения до требуемого уровня применён Г - образный фильтр, содержащий батарею, состоящую из десяти конденсаторов типа К50-18-1000 мкФ-50В-20%+50%, и дроссель с системой водяного охлаждения, числом витков равным 30 и величиной потерь в меди порядка 0,4 кВт. Для защиты сетевой обмотки понижающего трансформатора в случае возникновения аварийного тока выбран автоматический выключатель переменного тока серии А3716Б. В анодной цепи каждого тиристора для предотвращения протекания токов короткого замыкания установлены плавкие предохранители типа ПП57-3937, в цепи нагрузки - предохранитель типа ПП57-4038.

Список литературы

1. Справочник по преобразовательной технике / Под ред. И.М. Чиженко. - Киев: Техника, 1978. 430 с.

2. Тугов Н.М. и др. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1990. 576 с.

3. Замятин В.Я. и др. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987. 576 с.

4. Бар В.И. Проектирование ведомых сетью статических преобразователей средней и большой мощности: Учебное пособие. - Тольятти: ТолПИ, 1994.

5. Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник / Под ред. Г.С. Кучинского. - М.: Энергоатомиздат, 1987. 656 с.

6. Фишлер Я.Л. и др. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок. М.: Энергоатомиздат, 1989. 320 с.

7. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник/ Под ред. В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1988. 319 с.

8. Разработка тиристорного ключа: Методические указания к курсовой работе / Чернявский Н.И. - Тольятти: ТолПИ, 1995.

9. Намитоков К.К., Ильина Н.А., Шкловский И.Г. Аппараты для защиты полупроводниковых устройств. - М.: Энергоатомиздат, 1988. 980 с.