3.2. Расчет двенадцатипульсового выпрямительного агрегата

Надежность и экономичность работы тяговых подстанций во многом определяются типом принятого выпрямителя. Исторически сложилось так, что до последнего времени применялись выпрямители, включенные по так называемым 6-пульсовым схемам. Такие схемы имеют существенные недостатки: относительно низкий (при современных требованиях) коэффициент мощности, искаженная форма кривой потребляемого тока и , как следствие, низкое качество электрической энергии, значительное влияние тяговых токов на воздушные линии связи. Технико-экономическую эффективность тяговых подстанций можно повысить с помощью 12-пульсовых (трехфазных двухмостовых) выпрямителей /8/.

Двенадцатипульсовые выпрямители позволяют: повысить коэффициент мощности тяговой подстанции до 0,97-0,98; улучшить форму кривой потребляемого тока и тем самым повысить качество электрической энергии; улучшить форму кривой выпрямленного напряжения и снизить влияние тяговой сети на линии связи; повысить уровень напряжения в тяговой сети без применения специальных устройств регулирования напряжения; снизить расход электротехнических материалов, затрачиваемых на изготовление выпрямителя.

Трехфазные двухмостовые схемы выпрямления в большинстве случаев оказываются наиболее рациональными для мощных выпрямителей с полупроводниковыми вентилями.

Схема главных электрических соединений выпрямителя включает в себя тяговый трансформатор, выпрямительные (диодные) блоки и обычную коммутационную аппаратуру. Трансформатор должен иметь расщепленные вторичные (вентильные) обмотки по числу секций выпрямителя. Друг от друга они отличаются способом соединения для обеспечения сдвига между векторами линейных напряжений на угол где m – число пульсаций в кривой выпрямленного напряжения за период питающего напряжения. Для обеспечения таких систем напряжений обмотки трансформатора соединяются либо звездой, либо треугольником, либо неравносторонним зигзагом. Изменение числа витков на частях зигзага можно получить любой угол между векторами линейных напряжений при обеспечении равенства их модулей.

Для 12-пульсового (m = 12) выпрямителя трансформатор должен иметь две вентильные обмотки: одну соединенную звездой, а другую – треугольником. Они обеспечивают сдвиг векторов линейных напряжений в /8/. Принципиальная схема 12-пульсового выпрямителя и векторная диаграмма напряжений в вентильных обмотках трансформатора изображена на рисунке 3.1.

3.2.1 Расчет проектных параметров преобразовательного трансформатора

Расчет проектных параметров производится для номинального выпрямленного тока I_dН при номинальном напряжении в питающей сети U_1Л /10/.

Используя исходные данные, для выпрямительного режима рассчитаем.

Напряжение холостого хода выпрямителя:

, В, (3.1)

где А=0,26 – коэффициент схемы, для 12-ти пульсовых схем преобразователей;

u_К=u_КТ+u_КС – напряжение короткого замыкания, %;

u_КТ – напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

u_КС – напряжение короткого замыкания питающей сети, %.

Рис. 3.1 - Принципиальная схема 12-пульсового выпрямителя и векторная диаграмма напряжений в вентильных обмотках трансформатора

Для предварительного расчета следует принять u_КС = 0,5 u_КТ, т.е. u_К = 1,5 u_КТ.

u_К= 7,9 × 1,5 = 11,85 %.

Расчетную мощность выпрямителя:

, кВт, (3.2)

Действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора:

Напряжение на мосте выпрямителя:

(3.3)

Напряжение на фазе звезды:

(3.4)

Напряжение на фазе треугольника:

_(3.5)

Действующее значение тока вторичной обмотки:

На фазе звезда:

(3.6)

На фазе треугольник:

(3.7)

Номинальную расчетную мощность вентильных обмоток трансформатора:

(3.8)

Действующее значение фазного напряжения на сетевой (первичной) обмотке трансформатора:

, кВ, (3.9)

Коэффициент трансформации в режиме выпрямителя:

Действующее значение тока сетевой обмотки:

(3.10)

Номинальную мощность сетевой обмотки:

(3.11)

Типовую мощность трансформатора:

(3.12)

По рассчитанной типовой мощности S_Т выбираем ближайшее большее стандартное значение мощности трансформатора из ряда (100; 125; 160; 250; 400; 630; 800)×10ⁿ кВА, где n=0; 1; 2,

Выбираем трансформатор мощностью S_т=12500 кВА.