СТОИМОСТЬ ПЛЕЧА ВЫПРЯМИТЕЛЯ

ЧИСЛО ВЕНТИЛЕЙ ПЛЕЧА ВЫПРЯ МИТЕЛЯ

Класс

индекс

В2-320

Класс

индекс

В2-320

48

5

48

5

6

1

2220

6

1

93

7

2

1978

7

2

81

8

3

1790

8

3

72

9

4

1601

СТОИМОСТЬ ПЛЕЧА ИНВЕРТОРОВ

ЧИСЛО ВЕНТИЛЕЙ ПЛЕЧА ИНВЕРТОРА

Класс

индекс

Т14-320

Класс

индекс

Т14-320

5108,4

3

90

3

6

1

4301

6

Для вентиля Т14-320 класс: 16, индекс: 10, стоимость плеча 3317 руб., число вентилей плеча 90.

Для выпрямителя:

Тип неуправляемого вентиля: В2-320

Iуд = 7200,0 А

Iо max = 20,0 мА

Uo = 1,1 B

Rд = 0,00078 Ом

Скорость потока охлаждения воздухом V = 6 м/с:

Rт, град.С/Вт 2 0,21

(допуст. прев.темп.) 1 100

= 274

Для инвертора:

Тип управляемого вентиля: Т14-320

Iуд = 7700,0 А

Iо max = 30,0 мA

Uo = 1,1 B

Rд = 0,000550Ом

Rт, град.С/Вт 0,35

(допуст. прев.темп.) 85

= 174,9

Параметры ВИП и сети:

Udн = 6600В

Idн = 1000А

Кп = Uком/Uвmax

Кп = 1,2

Колебания напряжения сети % от Uc = 13

Номинальное напряжения сети Uc,кВ = 10

Uк% (напр.к.з. трансформ.) = 12

Кнп = Uнп/Uвmax = 2,4

Sкз = 450 мВА

Ки = U2и/U2в = 1,2

= arccos(U2в/U2и) = 33,6 эл. гр

4. Расчёт проектных параметров трансформатора

4.1 Выпрямитель

Udo = Udн/(1-0.5Uк%/100) (1)

где Udн – среднее выпрямленное напряжение при номинальной нагрузке

Uк% - напряжение короткого замыкания преобразовательного трансформатора

Udo = = 7021,3 В

Расчетная мощность выпрямителя.

Pdo = Udo*Idн (2)

где Idн – номинальный ток выпрямителя;

Pdo = 7021,3*1000 = 7021,3 кВт

Действующее значение фазного напряжения вентильной обмотки трансформатора в режиме выпрямления.

U2в = Udo/2,34 (3)

U2в = 7021,3/2,34 = 3000 B

Действующее значение фазного тока вентильной обмотки трансформатора в режиме выпрямления.

I2в = 0,816*Idн (4)

I2в = 0,816*1000 = 816,5 А

Расчётная мощность вентильной обмотки

S2 = 1,05*Pdо (5)

S2 = 1,05*7021,3 = 7372,4 Ква

Коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора в выпрямительном режиме.

Ктв = Uc/(1,73*U2в) (6)

где Uc – номинальное напряжение сети – 10 кВ

Ктв = 10000/(1,73*3000) = 1,92

I1н = I2в/Kтв (7)

I1н = 816,5 /1,92= 425,3 A

Номинальная мощность сетевой обмотки.

S1н = 1,05*Pdo (8)

S1н = 1,05*= 7021,3 = 7372,4 кВА

Типовая мощность трансформатора.

Sт = S1 = S2 = 1,05*Pdo (9)

Sт = 1,05*= 7021,3 = = 7021,4 кВА

4.2 Инвертор

Номинальный ток инвертора.

Iин = Idн/Kи (10)

где Idн – номинальный ток выпрямителя

Ки-1,2

Iин = 1000/1,2 = 833,33 А

Действующее значение фазного напряжения вентильной обмотки трансформатора в режиме инвертирования.

U2и = U2в*Kи (11)

U2и = 3000,6*1,2 = 3600,7 В

Действующее значение фазного тока вентильной обмотки трансформатора в режиме инвертирования.

I2и = I2в/Kи (12)

I2и = 816,5 /1,2 = 680,4 А

Коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора в инверторном режиме.

Кти = Kтв/Kи (13)

Кти = 1,92/1,2 = 1,6

I1н = I2и /Kти (14)

I1н = 680,4 /1,6 = 425,3 А

5. Расчёт числа параллельно включенных вентилей плеча

5.1 Выбираем неуправляемый вентиль для выпрямителя: В2-320

5.2 Выбираем управляемый вентиль для инвертора:Т14-320

5.3 Выпрямитель

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора и сети приведённое к напряжению вентильной обмотки выпрямителя. Расчет числа параллельно включенных вентилей мостовой схемы ВИП

(15)

где Sкз – мощность короткого замыкания на шинах питающей сети

= 0,4997

Активное сопротивление фазы трансформатора и сети приведённое к напряжению вентильной обмотки выпрямителя

(16)

где =0,006*S1н.

= 0,0310

Амплитуда установившегося тока короткого замыкания, протекающего через вентильное плечо выпрямителя

(17)

= 7340,2

Амплитуда тока аварийного режима выпрямителя

iудв = Куд*Im (18)

где Куд – ударный коэффициент – 1.2

iудв = 1,2*7340,2= 8808,2 A

Число параллельно включенных вентилей в вентильном плече.

По току плеча.

Nпар1 = (Idн/3)*Кн/Iп (19)

где Кн - 1,15

Nпар1 = (1000/3)*1,15/85,6 = округляем до 3

Принимаем 3 вентиля.

По iудв.

Nпар2 = Кн*iудв/Iуд (20)

где Iуд – ударный ток вентиля

Nпар2 = 1,15*8808,2 /7700,0 = округляем до 3

Принимаем 3 вентиля.

По расчётам принимаем максимальное значение параллельных вентилей, а именно – 3.

Выберем максимальное значение:

Nпар.max = 3

5.4 Инвертор

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора и сети, приведённое к напряжению вентильной обмотки инвертора

Xаи = Xaв(Ки)2 (21)

Xаи = 0,4997*1,2 = 0,7196 Ом

Активное сопротивление фазы и сети, приведённое к напряжению вентильной обмотки инвертора

Rаи = Rав(Ки)2 (22)

Rаи = 0,0310*(1,2)2 = 0,0446 Ом

Число параллельно включенных вентилей в вентильном плече.

Расчёт по току плеча

Nпар1 = (Iин/3)*Кн/Iп (23)

Nпар1 = (833,33/3)* 1,15/85,6 = округляем до 5

Принимаем – 5.

Xd = 6,28 Ом

Rd = 0,016 Ом

Амплитуда тока аварийного режима выпрямителя

(24)

= 24606,7А

Расчёт по току iудп.

Nпар2 = Кн* iудп /Iуд (25)

Nпар2 = 1,15*24606,7/7700,0 = 5

Из двух вычислений выбираем число вентилей – 5

Выберем максимальное значение: Nпар.max = 5

6. Расчёт числа последовательно включенных вентилей

6.1 Выпрямитель

Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентильному плечу. Расчет числа последовательно включенных вентилей мостового ВИП

Uвmax = 1.045*Udo (26)

Uвmax = 1.045*7021,3 = 7337 B

Расчётный класс вентильного плеча

(27)

Kр = 1,3*7337/100 = 89

Введём выбранный нами класс неуправляемых вентилей К для выпрямителя: класс 36, индекс 20, стоимость вентиля: 27,3

Повторяющееся напряжение

Uп = 100*К

где К – класс неуправляемого вентиля

Uп = 100*36 = 3600 В

Неповторяющееся напряжение

Uнп = 116*К (28)

Uнп = 116*36 = 4176 В

Число последовательно включенных вентилей в вентильном плече

Nпосл1 = Кн(1+Uc%/100)Uвmax*Кп/Uп (29)

где %Uс – колебания напряжения сети

Nпосл1 = 1,15(1+11/100)* 7337*1,3/3600 = округляем до 5

Nпосл2=Кн(1+Uc%/100)Uвmax*Кнп/Uнп (30)

Nпосл2=1,15(1+11/100) 7337*2,4/4176 = округляем до 6

Nпосл.max = 6

По результатам расчёта получаем 6 последовательно включенных вентилей в плече.

6.2 Расчет стоимости вентильного плеча выпрямителя

Выбранный тип вентиля: В2-320

Общее число вентилей плеча: 18

Стоимость плеча(+10% для нелавинных вентилей): 540,5

Стоимость плеча с охладителями: 698,9

Рис.2. Схема плеча выпрямителя.

6.3 Инвертор

Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентильному плечу Uвmax = 8804 B

Расчётный класс вентильного плеча Kр: 106

Введём выбранный нами класс управляемых вентилей К для инвертора: 16

Повторяющееся напряжение Uп = 1600 В

Неповторяющееся напряжение

Uнп (для нелавинных) = 1776 В

Число последовательно включенных вентилей в вентильном плече

Nпосл1=Кн(1+Uc%/100)Uвmax*Кп/Uп (31)

Nпосл1=1,15(1+11/100)*8804*1,3/1600 = округляем до 10

Nпосл2=Кн(1+Uc%/100)Uвmax*Кнп/Uнп (32)

Nпосл2=1,15(1+11/100)8804*2,4/1776 = округляем до 18

Nпосл.max = 18

Выбираем 18 последовательно включенных вентилей.

6.4 Расчет числа вентилей в инверторном плече

Общее число вентилей плеча: 90

Стоимость плеча с охладителями: 3316,5

Рис.3. Схема плеча инвертора.

7. Расчёт характеристик преобразователя

7.1 Расчёт внешней характеристики выпрямителя

Udo = Udн/(1- 0,5Udн%/100) =3510 В, при Id=0;

Udн = 3300 В, при Idн = 1500 А.

7.2 Расчёт внешней характеристики инвертора

Среднее значение напряжения инвертора при холостом ходе с заданным углом опережения бета

Uио=2.34*U2и/Ки (33)

Uио=2.34*3600,7/1,2 = 7021,4 В

Угол опережения инвертора

(U2В/U2И) (34)

(3000,6/3600,7)*/180= 33,6 гр. эл.

Среднее значение напряжения инвертора с заданным углом опережения бета

(35)

Uин = 7021,4 *1,2*(cos(33,6)+0,5*0,12) = 7526,9

7.3 Ограничительная характеристика инвертора

Uог(при Iи = 0) = Uио*Киcos (36)

Uог = 7021,4 *1.2*cos = 8297,7

где - угол запаса

Uог(при Iи = Iин)=Uио*Ки(cos-0,5Uк%/100) (37)

Uог(при Iи=Iин)= 7021,4 *1,2(cos-0,5*12/100) = 7792,1

7.4 Углы коммутации мостового ВИП (эл.град.)

Выпрямителя:

= arccos (1-2IXав/2,45U2в) (38)

При Id=0.5*Idн

= arccos (1-1000*0,4997/2,45*3000,6) = 21,3

При Id=Idн

= arccos (1-2*1000*0,4997/2,45*3000,6) = 30,2

Инвертора:

cos() - cos = Iи*Xаи/2,45U2и (39)

Iи=0.5*Iин: 7,9

Iи=Iин: 19,3

Рис.4. Диаграмма для мостовой схемы (выпрямитель)

7.5 Коэффициенты мощности мостового ВИП

Выпрямителя:

cos(/2) (40)

= 0,955

При Id = 0.5*Idн

= 0,955*сos(0.5*20.9*/180) = 0,939

При Id = Idн

= 0,955*сos(0.5*29.8*/180) = 0,923

Инвертора: cos(/2) (41)

=0,955

При Iи = 0.5*Iин

= 0,955*cos((36,9-0,5*6,9)* /180) = 0,830

При Iи = Iин

= 0,955*cos((36,9-0,5*15,6)* /180) = 0,873

7.6 Максимальные токи инвертора

Iи max=(100/0,5Uк%)Iин(cos-cos) (42)

При работе инвертора по естественной характеристике:

При = const

Iи1max=(100/12)*833,33*(cos-cos) = 1051,9 А

При работе инвертора по искусственной характеристике:

При Uи = Uио = Udо

Iи2max =(100/0,5*12)* 833,33*(cos-cos) = 2103,8 А

Рис.5. Диаграмма для мостовой схемы (инвертор).

Рис.6. Диаграмма шестипульсового ВИП для выпрямительного режима при коротком замыкании на зажимах выпрямителя.

Рис.7. Диаграмма перевода ВИП из выпрямительного режима в инверторный.

Рис.8. Выпрямительный режим ВИП.

Рис.9. Инверторный режим ВИП.

8. Расчет параметров устройства выравнивания напряжения

8.1 Выпрямитель на нелавинных вентилях: В2-320

Шунтирующее сопротивление

Rш = (Nпосл* Uп -Uв max)/((Nпосл – 1)* Nпар*Iо max*0,001) (43)

где Iо max – максимальный обратный ток вентиля

Rш = (6*3600-7337)/(5*3*20*0,001) = 47543 Ом

Мощность резистора Rш

P = (Iо max*0,001*Nпар*Uв max)/Nпосл (44)

P = 20*0,001*3*7337/6 = 73,4 Вт

Емкость шунтирующего конденсатора

Св = Nпар = 3 мкф

Рабочее напряжение шунтирующего конденсатора

Uc=1.5Uп (45)

Uc=1.5*3600 = 5400 B

Rв = 3,33 Ом

Rc = 0,2 Ом

8.2 Инвертор на нелавинных вентилях.: Т14-320

Шунтирующее сопротивление

Rш = (Nпосл* Uп -Uв max)/((Nпосл – 1)* Nпар*Iо max*0,001) (46)

Rш = (18*1600-8804)/(17*5*30*0,001) = 7842 Ом

Мощность шунтирующего резистора

P = (Iо max*0,001*Nпар*Uв max)/Nпосл (47)

P = 30*0,001*5*8804/18 = 73,4 Вт

Емкость шунтирующего конденсатора

Св = Nпар = 5 мкф

Рабочее напряжение шунтирующего конденсатора

Uc=1.5Uп (48)

Uc = 1,5*1600 = 2400 B

Rв = 2,00 Ом

Rc = 0,2 Ом