Проектирование преобразователя для тяговой подстанции постоянного тока

      ;

     3) короткого замыкания –

       , (4.14)

где I_уд – ударное значение тока к. з. в схеме преобразователя, определенное по выражению (4.11);

       I_FSM – ударный неповторяющийся прямой ток вентиля, принимаемый согласно паспортным данным,

       .

     Принимаем а = 14. 

     Число последовательно соединяемых вентилей в плече схемы также определяется по трем режимам:

     1) расчетному – 

       , (4.15) 

где U_Vmax – максимальное обратное напряжение на вентильном плече;

       U_RWM – рабочее обратное напряжение одного вентиля, принимаемое как параметр по паспорту. В случае отсутствия данных в паспорте принимается  условие: ;

        k_U – коэффициент, учитывающий возможное неравномерное распределение напряжения, обычно принимается  равным 0,9,

       ;

     2) по повторяющимся (коммутационным) перенапряжениям – 

       , (4.16) 

где U_Vпов – регулярно повторяющееся перенапряжение на плече, определенное процессами в схеме, (U_vпов/U_vмакс) = 1,5;

      U_RRM – повторяющееся обратное напряжение вентиля (напряжение класса),

      ;

     3) по неповторяющимся перенапряжениям  – 

       , (4.17) 

где U_Vнепов – неповторяющееся аварийное перенапряжение, определенное исходными данными как перенапряжение между плюсовой и минусовой шинами преобразователя, (U_vнепов/U_d0) = 3,0;

       U_RSM – неповторяющееся обратное напряжение, допустимое на один вентиль, заданное паспортом или принимаемое равным (1,16 – 1,25) U_RRM; примем   
U_RSM = 1,16 U_RRM;

        n – число последовательных плеч в схеме, включенных на выпрямленное напряжение, n = 4. 

      .

     Принимаем s = 4.

     В групповом соединении включенных параллельно (а) и последовательно (s) вентилей в одном плече преобразователя из-за разброса их параметров применяют меры выравнивания тока в параллельных и напряжения в последовательных соединениях.

     Для равномерного деления тока используют подбор вентилей по прямому импульсному напряжению или включение индуктивных делителей.

     Для равномерного деления напряжения применяются  активные R_ш, емкостные С_в, смешанные R_вС_в- и R_вС_вD-цепи, включаемые параллельно вентилям. Вместо обычных вентилей используются также лавинные диоды и тиристоры, допускающие последовательное включение без специальных делителей.

     Общее число вентилей в преобразователе  определяется по выражению:

      N = p a s, (4.18)

где p – число вентильных плеч в преобразователе,

     N = 4×14×12 = 672.

     Выбранный способ группового соединения вентилей в плече приведен на рисунке 5.

Рисунок 5 – Групповое соединение вентилей

 

       5 Схема главных электрических  соединений преобразователя 

     5.1 Разработка   схемы главных  электрических соединений преобразователя 

     Схема, показывающая способ соединения вентильной части преобразователя с обмотками трансформатора, а также основные элементы электроустановки (коммутационные аппараты и защитное оборудование), соединенные в такой последовательности, которая выполнена в реальных условиях, называется схемой главных электрических соединений преобразователя.

     При проектировании преобразователя кроме  выбора трансформатора и расчета  вентильной части необходимо предусмотреть  следующие коммутационные аппараты и защитное оборудование:

     1) высоковольтные выключатели для  производства оперативных и аварийных переключений под нагрузкой со стороны как переменного, так и постоянного тока;

     2) разъединители для обеспечения  безопасности производства ремонтно-наладочных работ;

     3) измерительные трансформаторы, шунты  и добавочные сопротивления для  подключения средств измерения  и защиты;

     4) токоведущие конструкции (шины) для  подключения преобразователя к  шинам переменного и постоянного  напряжения и для соединения выводов трансформатора с вентильными плечами;

     5) ограничители перенапряжений (ОПН)  или разрядники для защиты  от воздействия атмосферных и  коммутационных перенапряжений, возникающих  как в тяговой сети и питающих  линиях переменного тока, так  и при включениях и отключениях преобразователей, включениях сглаживающего фильтра, отключениях токов к. з. и опрокидываний.

     Схема главных электрических соединений шестипульсового нулевого выпрямителя  параллельного типа приведена на рисунке 6.  

     5.2 Выбор типа и  обоснование примененных оборудования и                   аппаратов в схеме 

     В данной курсовой работе произведен выбор  аппаратуры по номинальному

 

Рисунок 6 – Схема главных электрических соединений двенадцатипульсового мостового выпрямителя последовательного типа

режиму  без проверки на устойчивость при  воздействии токов к. з. Условия выбора аппаратов и шин:

аппараты  и шины выбираются по назначению и  способу установки (наружная или внутренняя);

аппараты  и изоляторы – по номинальному напряжению аппарата (U_ном.ап) в сравнении с   номинальным напряжением установки (U_{ном.уст})  при условии, что ;

аппараты  и токоведущие шины – по допустимому  току (I_ном.ап) в сравнении с номинальным рабочим током цепи (I_{ном.уст}) при условии, что .

     Наименование  выбранных коммутационных аппаратов, защитного оборудования и токоведущих шин, место их установки, основные параметры и позиционные обозначения сведены в таблице 2. 

Таблица 2 – Перечень элементов схемы главных электрических соединений преобразователя

 
 
 
 

 

       6 Диаграммы электромагнитных процессов  в схеме преобразователя 

     Результаты  расчета и принцип работы преобразователя в заданном режиме иллюстрируются диаграммами электромагнитных процессов.

     В курсовой работе построены временные  диаграммы следующих электромагнитных процессов в схеме (рисунок 7):

1. напряжения u₂ на всех фазах вторичных обмоток трансформатора в секциях «звезды» и «треугольника»;
2. токов вентильных плеч i_VS с учетом параметров нагрузки (угол g) и угла регулирования a;
3. выпрямленного напряжения u_d при I_d = I_dном, с учётом углов γ и a;
4. напряжения на одном из вентильных плеч u_VSобр;
5. токов в одноименных фазах разных секций i₂;
6. тока в фазе сетевой (первичной) обмотки i₁.

 

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      7 Расчет эксплуатационных характеристик  и параметров, характеризующих качество  электроэнергии 

      7.1 Качество выпрямленного  напряжения 

     Выпрямленное  напряжение содержит не только постоянную составляющую, но и переменную, причем чем последняя меньше, тем выше качество электроэнергии, отдаваемой преобразователем. Это качество зависит от схемы преобразователя и от нагрузки. В кривой выпрямленного напряжения при симметричных и синусоидальных напряжениях питающей сети содержатся гармонические составляющие следующего порядка

      n = k m, (7.1)

где k = 1, 2, 3, 4,…;

   m – число пульсаций в кривой выпрямленного напряжения.