Курсовая работа (т): Зависимый преобразователь переменного напряжения в постоянное

Плотность тока в ответвлениях обмотки НН:

 (А/мм2).

Осевой размер витка:в1 = a` = 4.05 (мм).

Осевой размер обмотки:= hв1 · (ωсл + 1) = 4.05· (85+1) = 348.3 (мм).

Радиальный размер обмотки:

а1 = b` = 11.7 (мм)

Внутренний диаметр обмотки:` = d + 2a01 = 125 + 2 · 14 = 153 (мм).

Наружный диаметр обмотки НН:`` = D1` + 2 а1 = 153 + 2 · 11.7= 176.4 (мм).

Средний диаметр обмотки НН.

 (мм).

Вес металла обмотки НН:= 28 · с · Dср· ωсл· Пнн· 10-5 = 28·3·16.47·85·39.2·10-5 = 46.097 (кг)

Увеличение массы провода за счёт изоляции марки ПСДК (толщина изоляции на две стороны по 0,5 мм) по табл. 5.5. (1) :

· 2 = 4 (%).

Вес провода обмотки:пр1 = G01 · 1.04 =46.097 · 1.04 = 47.941 (кг).

Вес металла в ответвлении обмотки НН при длине этого ответвления равной четырёхкратной высоте обмотки:отв1 = 4 · l1 · 10-1 = 4 · 348.3 · 10-1 = 139.32 (см) - длина ответвления;отв1 = lотв1 ·Пнн· γмеди ·10-5 = 139.22 · 39.2 · 8.9 · 10-5 = 0.486 (кг),

Где γмеди = 8,9 (кг/дм3 )- плотность меди.

Приближённая длина обмотки НН:

 (м).

Активные сопротивления отводов обмотки НН:

 (Ом), где

ρ = 0.0242 - удельное электрическое сопротивление металла обмоток при 1150С.

Расчёт обмотки высшего напряжения (ВН).

Число витков, необходимое для получения номинального напряжения:

 (витка);

округлим до целого: ωвн = 102 (витка).

Ориентировочная плотность тока в обмотке ВН:вн = 2Jср - Jнн = 2·2.666 - 2.921 = 2.411 (А/мм2 ).

Ориентировочное сечение витка обмотки ВН:

 (мм2 ).

Выберем конструкцию многослойной цилиндрической обмотки из медных круглых проводов марки ПСДК (табл. 5.1. (1)):пр = 5.2 (мм) - диаметр провода без изоляции;`пр =5.6 (мм) - диаметр провода с изоляцией;

Пвн = 21.22 (мм2 )- сечение витка обмотки.

Плотность тока в обмотке ВН:

 (А/мм2 ).

Число витков в одном слое обмотки ВН:

 (витка),

Где l2 = l1 = 348.3 мм - осевой размер обмотки ВН;

округлим до целого: ωсл2 = 61 (витков).

Число слоёв в обмотке:

 (слоя);

округлим до целого: nсл = 2 слоя.

Рабочее напряжение двух слоёв:м сл = 2 ωсл2 Uв = 2 · 61 · 3.753 = 457.866 (В).

Принимаем междуслойную изоляцию из 2 слоёв кабельной бумаги толщиной δм сл = 2 · 0,12 мм, выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки (на одну сторону) = 10 мм.

Радиальный размер обмотки ВН:

а2 = d`пр nсл+ δм сл(nсл - 1) = 5.6 · 2 + 2· 0,12 · (2 - 1) = 11.44 (мм).

Внутренний диаметр обмотки ВН:` = D1`` + 2a12 = 176.4 + 2 · 15 = 206.4 (мм).

Наружный диаметр обмотки ВН:`` = D2` + 2a2 = 206.4 + 2 · 11.44 = 229.28 (мм).

Средний диаметр обмотки ВН

 (мм)=20.784 (см)

Вес металла обмотки ВН:= 28 · с · nсл · Dср· ωсл2· Пвн· 10-5 = 28·3·2·20.784·61·21.22·10-5 = 47.372 (кг).

.2.4.15олщина изоляции на две стороны по 0,5 мм) по табл. 5.1. (1) :

.5 · 2.1 = 3.15(%).

Вес провода обмотки:пр2 = G02 · 1,0315 = 47.372 · 1,0315 = 48.864 (кг).

Вес металла в ответвлении обмотки ВН при длине этого ответвления равной четырёхкратной высоте обмотки:отв2 = 4 · l2 · 10-1 = 4 · 348.3 · 10-1 = 139.32 (см) - длина ответвления;

Gотв2 = lотв2 ·Пвн· γмеди ·10-5 = 139.32 · 21.22 · 8,9 · 10-5 = 0.263 (кг), где γ меди = 8,9 кг/дм3 - плотность меди.

Приближённая длина обмотки ВН:

 (м).

Активное сопротивление отвода обмотки ВН:

 (Ом), где

ρ = 0,0242 - удельное электрическое сопротивление металла обмоток при 1150С.

Общий вес металла обмоток НН и ВН:= G01 + G02 = 46.097 + 47.372 = 93.469 (кг).

Расчёт параметров короткого замыкания.

Электрические потери в обмотке НН:э1 = 2,4 · Jнн2 · G01 = 2,4 · 2.9212 · 46.097 = 943.945 (Вт) , где

,4 - коэффициент для меди при температуре 750С.

Электрические потери в обмотке ВН:э2 = 2,4 · Jвн2 · G02 = 2,4 · 2.4112 · 47.372 = 660.887 (Вт).

Добавочные потери в обмотке НН:

Определение добавочных потерь сводится к расчёту коэффициента увеличения основных электрических потерь обмотки - kд1 , который для обмотки из прямоугольного провода рассчитывается по формуле:

де коэффициент  высчитывается как

, здесь

= ωcл1 = 85 - число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

=0.355(см) - размер проводника в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

=1.12 (см) - размер проводника в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

ρ = 0.0242 - удельное электрическое сопротивление металла обмоток при 1150С;- коэффициент приведения поля рассеяния;= 1 - число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния.

Добавочные потери в обмотке ВН (аналогично обмотке НН). Для круглого провода формула имеет вид:

где, здесь= ωcл2 = 61 - число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния.

Потери в отводах обмотки НН:отв1 = 2,72·Jнн2·Gотв1 = 2.72·2.9212·0.486 = 11.278 (Вт).

Потери в отводах обмотки ВН:отв2 = 2,72·Jвн2·Gотв2 = 2.72·2.4112 ·0.263 = 4.158 (Вт).

Полные потери короткого замыкания:=Pэ1·kд1+Pэ2·kд2+Pотв1+Pотв2=943.945 ·1.062+660.887 ·1.007+11.278 +4.158 =1683.418 (Вт).

Определение коэффициента Роговского:

, где

.

Расчёт напряжения короткого замыкания:

% - активная составляющая;

 (%) - реактивная составляющая.

.

Напряжение короткого замыкания:

(%).

Активное сопротивление короткого замыкания:

 (Ом).

Реактивное сопротивление короткого замыкания:

(Ом).

Полное сопротивление короткого замыкания:

 (Ом).

Расчёт магнитной системы трансформатора.

Трёхфазный стержневой сердечник плоской магнитной системы, собираемый в переплёт из пластин холоднокатанной текстурированной стали имеет 4 косых стыка и 2 прямых. В сечении стержня 6 ступеней, в сечении ярма 5 ступеней (объединяются два последних пакета).

Сечение пакетов в половине сечения стержня (табл. 8.2. (1)):

·6+65·7+85·6+95·6+105·16+120·18=5615 (мм2).

Общая толщина пакетов в половине сечения стержня:

+7+6+6+16+18=59 (мм).

Полное сечение стержня:

Пфс = 2·5615 = 11230 (мм2).

Активное сечение стержня:

Пс = 10700 (мм2)

Сечение пакетов в половине сечения ярма:

(40+65)7+85·6+95·6+105·16+120·18=5655 (мм2).

Полное сечение ярма:

Пфя = 2·5655 = 11310 мм2.

Активное сечение стержня:

Пя = Пфя · kз = 11310·0.955 = 10801 (мм2).

Высота ярма прямоугольного сечения:

 = 257.02 (мм) , где

я = 1,3 - коэффициент, учитывающий увеличение площади поперечного сечения ярма по отношению к площади поперечного сечения стержня.пс - толщина пакетов для магнитной системы без прессующих пластин с прессовкой стержня обмоткой без бандажей, равняется общей толщине пакетов в половине сечения стержня.

Длина стержня:= l + 2l01 = 360+2·30=420 (мм).

Расстояние между осями соседних стержней:

с = D2``+a22 = 229.28 + 10 = 239.28 (мм).

Масса стали угла при многоступенчатой форме сечения ярма:= kз·Vy· γcт·10-3 = 0.955·1194·9.65·10-3 = 11.003 (кг), где

γcт = 9.65 (кг/дм3)- плотность холоднокатанной стали;= 1194 (см3)- объём угла по табл. 8.6. (1).

Масса стали стержней при многоступенчатой форме сечения ярма:= Gc` + Gc`` ,

где -Gc` - масса стали стержней в пределах окна магнитной системы;` = с·Пс·lc·γcт·10-3 = 3·107·42·9.65·10-3 = 130.101 (кг), где

с = 3 - число стержней трансформатора;

Gc``-Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма:``=с(Пс·а1я· γcт·10-3 - Gу) =3·(107·12·9.65·10-3 - 11.003) = 4,162 (кг), где

а1я =12 (см) - ширина крайней пластины ярма;= 130.101+4.162=134.263 (кг).

Масса стали ярм:я = Gя` + Gя``; гдея` -Масса частей, заключённых между осями крайних стержней:я` = 2(с-1)с·Пя·γcт·10-3 = 2(3-1) ·26.4·108.01·9.65·10-3 = 110.066 (кг), где

с = 3 - число стержней трансформатора;

с=26.4 (см) - расстояние между осями соседних стержней;

- Масса стали в частях ярм общих со стержнем

(кг);я=110.066 + 22.006 = 132.072 (кг).

Полная масса стали плоской магнитной системы трансформатора:

ст = Gc + Gя = 134.263+132.072=266.335 (кг).

Расчёт потерь холостого хода.

Сердечник набирается из электротехнической тонколистовой рулонной холоднокатанной текстурированной стали марки 3405 - 0.30 мм по ГОСТ 21427-83.

Индукция в стержне:

 (Тл).

Индукция в ярме:

 (Тл).

Индукция в зазоре:

 (Тл).

Удельные потери по табл. 8.10. (1):з = 472 (Вт/ м2). Pc = 1.112 (Вт/ кг). Pя = 0.922 (Вт/ кг).

Для стали 3405 - 0,30 мм при наличии отжига принимаем коэффициенты:пя = 1 - коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы сечения ярма;пш = 1.01 - коэффициент, учитывающий перешихтовку верхнего ярма;пп = 1.03 - коэффициент, учитывающий прессовку магнитной системы;пу = 10.64 - коэффициент, учитывающий форму сечения ярма;пр = 1.05 - коэффициент, учитывающий влияние продольной резки полосы рулона на пластины;пз = 1.0 - коэффициент, учитывающий влияние срезания заусениц.

Потери холостого хода:

=1.05·1(1.112·134.263+0.922·110.066- 4·0.922·11.003+((1.112+0.922)/2)·10,64·11.003)+

+6·472·1,414·107·10-4 = 167.855 (Вт);

Рх = kпя·kпп·kпш·Px` = 1·1.03·1.01·167.855 =174.619 (Вт).

Удельные намагничивающие мощности по табл. 8.17. (1):з = 3000 (Вт/A). qс = 1.524 (Вт/кг). qя = 1.447 (Вт/кг).

Для стали 3405 - 0,30 мм при наличии отжига принимаем коэффициенты:тя = 1 - коэффициент, зависящий от формы сечения ярма;тш = 1.01 - коэффициент, учитывающий перешихтовку верхнего ярма;тп = 1.045 - коэффициент, учитывающий прессовку магнитной системы;ту = 9.9 - коэффициент, учитывающий форму сечения ярма;тр = 1.18 - коэффициент, учитывающий влияние продольной резки полосы рулона на пластины;тз = 1.0 - коэффициент, учитывающий влияние срезания заусениц;т пл = 1.27 - коэффициент, учитывающий ширину пластин в углах магнитной системы (табл. 8.21. (1)).

Намагничивающая мощность при холостом ходе:

=1.18·1(1.524·134.263+1.447·110.066- 4·1.447·11.003+((1.524+1.447)/2)·9.9·11.003·1.27)+

+6·3000·1.414·107·10-4 = 869.056 (ВА);х = kтя·kтп·kтш·Qx` = 1·1,045·1.01·869.056 =917.245 (ВА).

Расчёт тока холостого хода.

Относительное значение тока холостого хода:

(%) .

Активная составляющая тока холостого хода:

(%) .

Реактивная составляющая тока холостого хода:

(%) .

Ток холостого хода обмотки ВН:

;

;

.

Расчёт КПД трансформатора.

.3 Выбор вентилей

Основными параметрами для выбора вентилей являются средний прямой ток через вентиль IAV и максимальное обратное напряжение Uобр max . При выборе учитываются коэффициенты, зависящие от амплитуды, формы, угла проводимости, частоты, а также технико-экономический показатель.

;

В соответствии с рекомендациями данными в (2) выбираем коэффициенты:= 1 - число параллельных вентилей;дт = 1 - коэффициент деления тока по параллельным вентилям;β = 0,7 - коэффициент, зависящий от угла проводимости и формы тока;г = 1 - коэффициент, зависящий от частоты;= 5 - коэффициент, зависящий от амплитуды;

ΨI AV = (0,8 … 1) = 0,9;- максимальный выпрямленный ток, IEM1 = Id max = 100 (A);

.

Условие для выбора по обратному напряжению:

, где

обр m = 1.05Ud = 1.05·300=315 (B);= 1 - число последовательно соединённых вентилей;дт = 1 - коэффициент деления тока по последовательным вентилям;

ΨUW = (0,6 … 0,67) = 0,67 - для тиристора;

ΨUW = (0,7 … 0,8) = 0,8 - для диода;

;

 (В).

Для диода:

 (В).

По полученным значениям, пользуясь справочниками (3, 4) выбираем полупроводниковые приборы с параметрами:

Тиристоры - Т-50

Средний ток IAV = 50 А;

Максимальное обратное напряжение Uобр max = 1000 В;

Повторяющийся импульсный обратный ток IRRM = 5 мА;

Ток включения 300 мА при Uy = 5 B;

Время включения, не более tgt = 10 мкс;

Диоды - ВКУ-50

Средний ток IAV = 50 А;

Максимальное обратное напряжение Uобр max = 800 В;

Максимальный повторяющийся импульсный обратный ток 10 мА.

Для исключения перегрева вентилей в режимах длительной эксплуатации рекомендуется использовать охладители типов (3):

Для тиристора Т-50 используются воздушное принудительное охлаждение: шестиребеный

Для диода ВКУ-50 используются воздушное охлаждение: четырехреберное.

.4 Выбор автоматических выключателей и расчёт RC - цепей

Для защиты преобразователей используются автоматические выключатели. Они предназначены для отключения преобразователя от сети и нагрузки при возникновении аварийных режимов работы. Автоматические выключатели различаются по роду тока, номинальному рабочему току, времени срабатывания и типу расцепителя.