Министерство  транспорта Российской Федерации

     Федеральное агентство железнодорожного транспорта

     Государственное образовательное учреждение

     высшего профессионального образования

     Омский  государственный университет путей  сообщения

     ОмГУПС (ОмИИТ)

     Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

 
 
 
 
 
 
 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ ТЯГОВОЙ

  ПОДСТАНЦИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Электронная техника и преобразователи  в электроснабжении»

ИНМВ. 4749. 000 ПЗ 

Студентка гр. 43а

__________О.А.  Комякова 

Руководитель

доцент  кафедры ЭЖТ

___________Е.Ю. Салита 

                          

                                 

     

       
 

      Омск 2006

Задание 

студентке гр. 43А Комяковой О.А.

на курсовую работу по теме: 

«Проектирование преобразователя для тяговой подстанции постоянного тока» 

      Спроектировать  полупроводниковый преобразователь, получающий питание от трехфазной сети переменного тока, с заданными  схемой и режимом работы при бесконечной индуктивности цепи выпрямленного тока (X_d= ). 

       Исходные  данные (по шифру 749): 

       1 Схема преобразователя – мостовая последовательного типа.

       2 Число пульсаций в кривой выпрямленного  напряжения m = 12.

       3 Назначение - магистральный железнодорожный  транспорт.

       4 Режим работы - управляемый выпрямитель.

       5 Параметры питающей сети: U_1л = 110 кВ; S_к.з.с = 250 МВ×А.

       6 Напряжение короткого замыкания  трансформатора u_к=12,5 %.

7 Параметры  сети постоянного тока:

                  U_dном = 3,3 кВ; I_dном = 3200 А.

8 Условия перегрузки по току и напряжению:

k_п = I_dпер/I_dном = 3,0 (t_пер = 10 с); (U_vпов/U_vмакс) = 1,5; (U_vнепов/U_d0) = 3,0.

9 Тип вентиля (тиристора) – Т133-320.

 
Реферат

УДК 621.311: 621.314.632:621.331

 

      Курсовая  работа содержит 45 страниц, 10 рисунков, 8 таблиц, 7 источников. 

      Управляемый выпрямитель, двенадцатипульсовая мостовая схема последовательного типа, электромагнитные процессы, параметры, коммутация, трансформатор, тиристоры, схема главных электрических соединений, эксплуатационные характеристики, качество электроэнергии.

  

     Объектом  исследования является управляемый  двенадцатипульсовый мостовой силовой полупроводниковый преобразователь для тяговой подстанции постоянного тока электрифицированного железнодорожного транспорта.   

     Цель  работы – рассчитать параметры и характеристики преобразователя, построить электромагнитные процессы, выбрать необходимую коммутационную и измерительную аппаратуру.

      Методы  исследования – аналитические и  графические.

      Дано  предварительное описание выпрямителя, определены основные параметры схемы преобразователя. Произведен выбор трансформатора и тиристоров с охладителями. Рассчитано групповое соединение вентилей, выбрана коммутационная, защитная и измерительная аппаратура. Определены показатели, характеризующие качество электрической энергии на выходе и входе преобразователя, построены диаграммы электромагнитных процессов и рассчитаны эксплуатационные характеристики. Сделан вывод о целесообразности использования данной схемы выпрямления в устройствах электроснабжения электрических железных дорог постоянного тока.  
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

 Введение…………………………………………………………………………........5

1 Принцип  работы преобразователя…………………………………........................6

1. Описание схемы и режима работы…………………………………………..........6
2. Предварительный анализ электромагнитных процессов в схеме…………........8

2 Расчет  основных параметров схемы преобразователя………………………........11

2.1 Расчет  напряжений на элементах схемы…………………………………….......11

2.2 Расчет  токов в цепях схемы…………………………………………………........12

2.3 Расчет  мощностей трансформатора…………..………………………….............13

2.4 Расчет  продолжительности коммутации тока……………………………..........14

3 Выбор  трансформатора……………………………………………………..............16

3.1 Критерии выбора трансформатора........................................................................16

3.2 Тип выбранного трансформатора и его основные параметры............................16

4 Проект  вентильной части преобразователя………………………………….........19

4.1 Выбор  вентилей по типу и классу…………………………………………..........19

4.2 Расчет допустимых токов вентилей в заданных условиях………………..........22

4.3 Расчет  группового соединения вентилей…………………………………..........25

5 Схема главных электрических соединений преобразователя …...........................29

5.1 Разработка   схемы  главных  электрических  соединений преобразователя....29

5.2 Выбор типа  и обоснование примененных оборудования и аппаратов в схеме.29

6 Диаграммы  электромагнитных процессов в  схеме преобразователя………........33

7 Расчет  эксплуатационных характеристик  и параметров, характеризующих              

   качество электроэнергии……………………………………………………….......36

7.1 Качество  выпрямленного напряжения……………………………………..........36

7.2 Качество  сетевого тока………………………………………………………........38

7.3 Внешняя  характеристика……………………………………………………........39

7.4 Характеристика  коэффициента мощности…………………………………........40

7.5 Характеристика  коэффициента полезного действия……………………….......42

Заключение……………………………………………………………………….........45

Библиографический список…………………………………………………….. .......46

 
 
 
 
 

 
Введение 

     Основными элементами тяговых подстанций постоянного  тока электрических железных дорог, метрополитена, городского и рудничного (карьерного) электротранспорта являются мощные выпрямительные, инверторные и выпрямительно-инверторные преобразователи, являющиеся промежуточными звеньями между источниками и приемниками электроэнергии. Выпрямители должны обеспечивать надежное питание тяговых двигателей электроподвижного состава, инверторы - надежный прием избыточных токов рекуперации, выпрямительно-инверторные преобразователи - совмещать их функции.

     Любой из вышеперечисленных преобразователей состоит из тягового трансформатора, служащего для преобразования уровня напряжения и числа фаз; вентильных конструкций, состоящих из управляемых  или неуправляемых вентилей, которые обладают односторонней проводимостью; устройств коммутации и защиты преобразователя от аномальных режимов работы.

     Главной задачей при проектировании преобразователя является выбор для заданных условий эксплуатации основных элементов и схемы главных электрических соединений: управляемых и неуправляемых вентилей, трансформаторов, коммутационного и защитного оборудования. Грамотно эту задачу можно решить на основе анализа электромагнитных процессов в нормальных и аномальных режимах работы схем. Для оценки технико-экономических показателей спроектированного преобразователя следует определить его эксплуатационные характеристики, параметры, характеризующие качество электрической энергии на входе и выходе.  

 

       1 Принцип работы преобразователя 

      1.1 Описание схемы и режима работы 

     Улучшение качества выпрямленного напряжения и потребляемого из питающей системы  тока и тем самым повышение  технико-экономической эффективности  выпрямителей можно достичь применением  двенадцатипульсовых схем. Это сложные  схемы, являющиеся результатом последовательного соединения секций – шестипульсовых мостовых схем (рисунок 1).

     Отличие секций в способе соединения вторичных  обмоток трансформатора: у одной  из них это звезда, у другой –  треугольник. Из векторных диаграмм вторичных линейных напряжений (рисунок 2) ясно, что угол сдвига между линейными напряжениями секций . Простая мостовая схема выпрямляет линейные напряжения вторичных обмоток и, следовательно, секции сложной схемы дадут шестипульсовые выпрямленные напряжения, сдвинутые друг относительно друга на угол , так как на такой угол смещены их линейные напряжения.

     В схеме последовательного типа:

     − каждая секция работает независимо от другой, в ней открыты два вентиля  и напряжения на выходе каждой , соответствует кривым на рисунках 3 и 4;

     − результирующее выпрямленное напряжение .

     Тогда, суммируя два шестипульсовых напряжения, получим двенадцатипульсовую систему при среднем значении 

      . 

     При получим: