2.Расчет напряжений, токов и мощностей преобразователя. Выбор прототипа преобразовательного трансформатора и расчет его сопротивлений

Выбор коэффициента наклона внешней характеристики определяется в основном сопротивлениями трансформаторов и питающей энергосистемы, а также схемой подключения преобразовательного трансформатора. При первичном напряжении U₁=10кВ на метрополитене преобразовательный трансформатор подключается непосредственно к энергосистеме.

Таким образом:

где -коэффициент наклона внешней характеристики;

– коэффициент, учитывающий индуктивное сопротивление энергосистемы;

– коэффициент, учитывающий активное сопротивление энергосистемы.

Среднее значение выпрямленного напряжения холостого хода определяется по формуле:

; (1)

;

_{Максимальное значение напряжения в контактной сети}, при условии что _{, примем равным}

.

Номинальный угол управления , так как выпрямитель неуправляемый.

Линейное напряжение вторичной обмотки определяется по формуле:

(2)

Максимальное обратное напряжение на плече преобразователя определяется по формуле:

(3)

Коэффициент трансформации трансформатора находится как отношение фазных напряжений:

(4)

Среднее значение тока плеча в номинальном режиме определяется по формуле:

(5)

Эффективное значение тока плеча в номинальном режиме рассчитывается по формуле:

(6)

Эффективное значение линейного тока вторичной обмотки в номинальном режиме определяется по формуле:

(7)

Эффективное значение фазного тока вторичной обмотки в номинальном режиме определяется по формуле:

(8)

Эффективное значение фазного тока первичной обмотки в номинальном режиме вычисляется по формуле:

(9)

Эффективное значение линейного тока первичной обмотки в номинальном режиме равно эффективному значению фазного тока первичной обмотки:

Расчетная мощность трансформатора определяется по формуле:

(10)

2.1.Выбор прототипа преобразовательного трансформатора и расчет его сопротивлений

Выбор прототипа преобразовательного трансформатора осуществляется по трем критериям:

1. По сфере применения;

2. По типовой мощности трансформатора .

3. По номинальному линейному первичному напряжению .

В результате был выбран трансформатор типа ТМНПВ – 5000/10 с параметрами:

Номинальное значение напряжения

Номинальное значение тока

Напряжение короткого замыкания

Мощность холостого хода

Мощность короткого замыкания

Ток холостого хода

Активное приведенное сопротивление фазы трансформатора рассчитывается по формуле:

(11)

Индуктивное приведенное сопротивление фазы трансформатора рассчитывается по формуле:

(12)

Эквивалентное анодное активное сопротивление:

(13)

Эквивалентное анодное индуктивное сопротивление:

(14)

3.Расчет токов в аварийных режимах

Схема возможных коротких замыканий трехфазного мостового преобразователя

А В С

U_1ф

I₁

S₁

ТП

U_2ф

I₂

К1

VD4 VD1

К2 VD6 VD3

UZ

VD2 VD5 Id

- +

К3 Ld

К4

ТД

Рис.2

Для правильного выбора силовых полупроводниковых приборов необходимо выполнить расчёты токов короткого замыкания в точке К3. На рис.3 представлена расчётная схема замещения.

Расчётная схема замещения при коротком замыкании на шинах трёхфазного мостового преобразователя

е_а е_b е_c

L_а L_a L_a

R_а R_a R_a

VD1 VD3 VD5

VD4 VD6 VD2

Р ис.3

Начало развития короткого замыкания совпадает с моментом окончания очередной коммутации. Это обусловлено тем, что в момент окончания коммутации в схеме происходят наибольшие коммутационные перенапряжения. Режим предшествующий короткому замыканию – номинальный.

Угол коммутации в номинальном режиме определяется по формуле:

(15)

Частота питающей сети:

Круговая частота питающей сети:

(16)

_{Постоянная времени:}

(17)

Угол сдвига периодической составляющей тока к.з.:

, (18)

Амплитуда периодической составляющей тока к.з.:

(19)

Ток короткого замыкания:

(20)

Расчет токов к.з. производен с интервалом 6 эл. град. и представлен в таблице 1.

Таблица 1

Расчет токов короткого замыкания

ωt,º	iк, А	ωt,º	iк, А	ωt,º	iк, А
0	-33257,69895	126	60463,02723	246	-49749,96397
6	-26551,53634	132	58606,88638	252	-54611,59445
12	-19629,86347	138	56052,2289	258	-58919,41592
18	-12567,46268	144	52827,75743	264	-62625,7079
24	-5440,669293	150	48969,4962	270	-65689,34113
30	1673,464075	156	44520,39679	276	-68076,22764
36	8698,011002	162	39529,8682	282	-69759,69379
42	15557,0134	168	34053,23616	288	-70720,77205
48	22176,31305	174	28151,1377	294	-70948,40857
54	28484,36341	180	21888,85762	300	-70439,58406
60	34413,01289	186	15335,61401	306	-69199,34673
66	39898,25088	192	8563,800813	312	-67240,75695
72	44880,90855	198	1648,195554	318	-64584,74425
78	49307,30658	204	-5334,858994	324	-61259,87809
84	53129,84285	210	-12308,29028	330	-57302,05515
90	56307,51358	216	-19195,13941	336	-52754,1063
96	58806,36229	222	-25919,4034	342	-47665,32777
102	60599,85156	228	-32406,86691	348	-42090,94147
108	61669,15366	234	-38585,91442	354	-36091,49052
114	62003,35673	240	-44388,314	360	-29732,17654
120	61599,58436

Временная диаграмма токов короткого замыкания

Рис.4

Таким образом, максимальное значение тока короткого замыкания: