Файл: Г.И. Разгельдеев Эксплуатация систем электроснабжения.pdf

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электроснабжения горных и промышленных предприятий

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Методические указания и задания для курсового проектирования по курсу “Эксплуатация систем электроснабжения” для студентов специальности 100400 “Электроснабжение”

Составители Г. И. Разгильдеев М. Ю. Мацкевич

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 3 от 23.02.01

Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией по специальности 100400 Протокол № 3 от 21.03.01

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2001

1

1.ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

1.1.Целью выполнения студентами курсового проекта является овладение приёмами и методами расчётов, закрепление и расширение теоретических знаний, приобретение навыков пользования справочными и нормативными материалами для самостоятельного решения комплекса инженерных задач при эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий.

Курсовой проект состоит из двух частей: расчётно-пояснительной записки и графической части.

1.2.В расчётно-пояснительной записке необходимо дать объяснения действий по выполнению курсового проекта, привести расчётные формулы и результаты расчётов и обосновать принимаемые инженерные решения. Объём пояснительной записки - не более 40 страниц рукописного текста.

Общими требованиями к пояснительной записке являются: логическая последовательность изложения материала, краткость и чёткость формулировок, безупречная грамотность, соответствие требованиям стандартов системы ЕСКД и другим нормативным материалам и руководящим документам.

Пояснительная записка должна включать титульный лист, задание на проектирование, содержание (указатель заголовков), основную часть, список использованных источников с указанием автора, издательства и года издания. Текст излагается на листах формата А4 (297х210) по ГОСТ 2.361-68* с рамкой (слева 20 мм и по 5 мм с других сторон), с основной надписью и дополнительными графами. Рамка, надпись и графы могут быть выполнены карандашом или шариковой ручкой. Нумерация листов записки сквозная, начиная с титульного листа. Текст основной части записки делят на разделы, подразделы, пункты.

1.3.Выполнение курсового проекта или его отдельных частей рекомендуется проводить с использованием вычислительной техники. В расчётах должны быть сначала приведены расчётные формулы, а затем

вних подставлены числовые значения с указанием размерности получаемых результатов. При большом количестве однотипных расчётов следует привести только пример расчёта для одного случая, а по остальным – результаты, сведённые в таблицу.

Для облегчения проверки полученных результатов в этом случае в

2

таблицу следует включать также и промежуточные этапы расчётов. Все рисунки и графики в тексте записки должны быть выполнены

с применением чертёжного инструмента и помещены в записке так, чтобы их положение не мешало чтению текста преподавателем.

В тексте записки должны быть ссылки на использованную литературу.

1.4. Графическая часть проекта состоит из двух выполняемых карандашом чертежей формата А1. Их исполнение и оформление должно соответствовать требованиям ЕСКД.

К графической части следует приступать после выполнения расчётной части проекта.

2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Студент выполняет расчёт силового симметричного полупроводникового преобразователя (выпрямителя) с управляемыми вентилями (тиристорами), соединяемыми по мостовой схеме, по варианту, номер которого указывает преподаватель. Исходные данные для расчётов приведены в табл. 1.

3.СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Вкурсовом проекте должны быть отражены следующие вопросы 3.1. Расчётная часть:

3.1.1. Расчёт основных параметров полупроводникового преобра-

зователя ( ПП ). Дать перечень параметров и выполнить их расчёт;

3.1.2.Выбор полупроводниковых вентилей (тиристоров). Дать перечень параметров для выбора ПВ и выполнить их расчёт;

3.1.3.Расчёт и выбор схем соединения полупроводниковых вентилей ( ПВ), шунтирующих сопротивлений и конденсаторов;

3.1.4.Расчёт и выбор преобразовательного трансформатора и схем соединения его обмоток;

3.1.5.Выбор аппаратов для включения трансформатора и ПП;

3.1.6.Расчёт коэффициента мощности и потребляемой ПП реактивной мощности при заданных углах управления;

3.1.7.Описание системы импульсно-фазового управления ПП;

3.1.8.Расчёты выпрямленных напряжения и тока при заданных углах управления;

3

4

Продолжение табл. 1

5

3.1.9.Расчёт коэффициента несинусоидальности при заданных углах управления ПВ;

3.1.10.Расчёт и выбор фильтро-компенсирующего устройства высших гармоник;

3.1.11.Выбор средств подключения фильтров к шинам подстан-

ции;

3.1.12.Перечень видов испытаний и содержание приёмосдаточных документов при пуске в эксплуатацию ПП и фильтра высших гармоник с конденсаторами.

3.2. Графическая часть:

3.2.1.На первом листе графической части необходимо представить схему полупроводникового преобразователя, схему соединения обмоток преобразовательного трансформатора, а также диаграммы выпрямленного напряжения и тока для заданных углов управления ПВ;

3.2.2.На втором листе располагается однолинейная схема присоединения ПП и фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ) к шинам питающей сети, с указанием их характеристик.

4.МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

4.1. Краткие пояснения из теории полупроводниковых преобразователей.

4.1.1.Основу силовых полупроводниковых преобразователей (ПП) составляют полупроводниковые вентили (ПВ) - неуправляемые (диоды) и управляемые (тиристоры).

Студенту необходимо по литературным источникам [1, 3] изучить различие характеристик диодов и тиристоров и особенности их применения в схемах несимметричных и симметричных ПП. Эти сведения необходимо кратко изложить во вводной части расчётнопояснительной записки.

4.1.2.В силовых многофазных ПП получили применение две схемы соединения ПВ: со средней (нулевой) точкой (ППСТ) и мостовая (схема Ларионова). Они различаются между собой характером процесса выпрямления тока и его качеством.

4.1.3.Наиболее простой является схема ПП со средней (нулевой) точкой, приведённая на рис.1. Его эквивалентная схема с тиристорами

6

при работе на активную нагрузку показана на рис.2.

Рис.1. Схема ПП со средней (нулевой) точкой

В схеме ППСТ выпрямленное напряжение имеет mn = m2 = 3 пульсации за один период.

На рис.2,б выпрямленное пульсирующее напряжение показано жирной линией Ud, а ЭДС соответствующих фаз – еа, ев и ес.

Каждому пульсу напряжения соответствуют токи iа, iв и iс, которые при прохождении через нагрузку rd имеют пульсирующую характеристику id.

На рис.2,в и на рис.2,г показаны кривые выпрямленного напряжения Ud и тока id при разных углах управления α ≠ 0.

При применении ППСТ в сердечнике преобразовательного трансформатора возникают магнитные потоки, обусловленные нескомпенсированными МДС в стержнях или потоки вынужденного намагничивания.

Потоки вынужденного намагничивания замыкаются частично по сердечнику, частично по воздуху и стальной арматуре, окружающей сердечник трансформатора. В результате сердечник трансформатора насыщается, а в стальной арматуре возникают тепловые потери за счет вихревых токов, индуктируемых переменной составляющей потока вынужденного намагничивания. Это приводит к увеличению действующего значения тока холостого тока.

7

а)

Рис.2. Трёхфазный выпрямитель со средней точкой при работе на активную нагрузку:

а- эквивалентная схема;

б- временные диаграммы напряжений и токов при α = 0; в, г - временные диаграммы напряжений и токов при α ≠ 0

8

Таким образом, явление вынужденного намагничивания сердечника трансформатора в трехфазном ППСТ с нулевой точкой приводит к нежелательным последствиям, уменьшить которые можно или увеличивая сечение сердечника трансформатора и, следовательно, типовую мощность трансформатора, или снижая амплитуду магнитной индукции в сердечнике по сравнению с расчётным значением.

Для устранения в сердечнике трансформатора постоянной составляющей потока вынужденного намагничивания применяют расщепление каждой вторичной обмотки на две части с последующим соединением шести обмоток зигзагом. Это приводит к удорожанию установки. По этой причине схемы со средней (нулевой) точкой применяют редко, заменяя их трёхфазной или многофазной мостовой схемой (схемой Ларионова).

4.1.4. Трёхфазный мостовой ПП (выпрямитель) (схема Ларионо-

ва). В трёхфазном мостовом ПП (рис.3, а) последовательно соединены две трёхфазные группы ПВ: анодная VS2, VS4, VS6 и катодная VS1, VS3, VS5, каждая из которых повторяет работу трёхфазного ППСТ. Следовательно, при таком же значении ЭДС вторичной обмотки трансформатора Е2 и α = 0, как и в трёхфазном ППСТ, среднее выпрямленное напряжение Ud будет в два раза больше и наоборот, при том же значении Ud ЭДС Е2 будет в два раза меньше (Е2 = 0,43Ud).

В мостовом ПП (при ra = 0, La = 0, Ld = 0) одновременно пропускают ток два ПВ: один - с наиболее высоким потенциалом анода относительно нулевой точки трансформатора из катодной группы ПВ, другой - с наиболее низким потенциалом катода из анодной группы ПВ. Так, например, при α = 0 на интервале v1- v2 (рис. 3, б) ток пропускают тиристоры VS1, VS6, на интервале v2 -v3 - тиристоры VS1, VS2, на интервале v3 -v4 - тиристоры VS3, VS2 и т.д.

На интервале v1 -v2 выпрямленное напряжение определяется разностью фазных ЭДС еа и ев, на интервале v2 -v3 иd = еа - еc и т.д. Таким образом, выпрямленное напряжение имеет шестикратные пульсации, хотя угол проводимости каждого тиристора такой же, как в трёхфазной схеме со средней точкой, т.е. λ = 2π/3.

Втрёхфазном мостовом ПП нет вынужденного намагничивания сердечника трансформатора, так как ток во вторичной обмотке протекает дважды за период, причём в противоположных направлениях.

Трёхфазные мостовые ПП находят широкое применение вследствие хороших технико-экономических показателей.

Втрёхфазных 6-пульсовых ПП для улучшения формы кривой тока во вторичных обмотках трансформатора эти обмотки соединяют треугольником.