Курсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений» icon

Курсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений»


Скачать 43.73 Kb.
НазваниеКурсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений»
Размер43.73 Kb.
ТипКурсовой проект


Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Петрозаводский государственный университет

Кольский филиал


Дисциплина “Испытательные и

электрофизические установки”


Курсовой проект


«Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений»


Вариант 1


Факультет: Физико-энергетический

Кафедра энергетики и электротехники

Специальность: Высоковольтные

энергетика и электротехника


Выполнил студентка 5 курса:

Сытина А.Н.


Проверил преподаватель:

Данилин А.Н.


Оглавление


Задание……………………………………………………………………………………………...

3


^ I. Проектирование ГИН


1.

Определение емкости ГИН в ударе……………………………………………………...

4

2.

Выбор типа конденсаторов и числа ступеней ГИН…………………………………….

4

3.

Конструктивные параметры ГИН………………………………………………………..

4

3.1.

Расстояние между конденсаторами……………………………………………………...

4

3.2.

Выбор типа разрядников……………………………………………..…………………..

5

3.3.

Выбор расстояния между разрядниками и конденсаторами…………………………...

5

3.4.

Определение длины внешнего контура ГИН…………………………………………...

5

4.

Расчет индуктивности разрядного контура ГИН……………………………………….

6

4.1.

Определение собственной индуктивности ГИН………………………………………..

6

4.2.

Определение индуктивности внешнего контура ГИН…………………………………

6

5.

Расчет переходных процессов в разрядной цепи ГИН…………………………………

7

6.

Уточнение формы импульса ГИН……………………………………………………….

9

6.1.

Определение уровня пульсаций и величины добавочного сопротивления…………...

9

6.2.

Определение фронта и длины волны……………………………………………………

10

7.

Конструкционный чертеж ГИН………………………………………………………….

10


^ II. Расчет зарядного устройства ГИН


1.

Расчет зарядного устройства ГИН……………………………………………………….

12

2.

Расчет выпрямительного устройства……………………………………………………

13

3.

Выбор повышающего трансформатора……………………………………………….…

14

4.

Выбор регулятора напряжения…………………………………………………………..

14

5.

Выбор схемы управления зарядом и коммутацией ГИН………………………………

14




Приложение 1………………………………………………………………………………………

Список литературы………………………………………………………………………………...

16

17


Задание на проектирование ГИН


1. Параметры нагрузки Rн =500 Ом, Cн = Ф, Lн = Гн.

2. Амплитуда напряжения на нагрузке в импульсе Uн= В.

3. Параметры импульса на нагрузке с, с.

4. Допустимый уровень пульсаций ΔU/Uм%=10%.

5. Частота следования импульсов fи=0.2 Гц.

6. Ресурс ГИН (число циклов заряд-разряд) nимп=105 имп.

7. Тип зарядного устройства: однополупериодное зарядное устройство.

8. Конструкция ГИН - платформенная.

I. Проектирование ГИН


1. Определение емкости ГИН в ударе


Емкость ГИН в ударе: Cуд,

Cуд = Ф.


2. Выбор типа конденсаторов и числа ступеней ГИН


Первоначально выбран конденсатор типа ИКГ-50-1.0 с параметрами:

Uк=50 кВ, Ск=1.0 мкФ, Lк=0.5 мкГн, Wк=1250 Дж, Iк=20 кА, f=2.0 Гц, габариты(мм):310*310*680, m=150 кг, ресурс ГИН nимп= имп.

Число ступеней ГИН и, соответственно, конденсаторов равно: , , округляем до целого числа n=20.

Напряжение на одну ступень ГИН не должно превышать рабочее напряжение выбранного конденсатора Uк: Uст=, следовательно n>Uн/, n>=7.


3. Конструктивные параметры ГИН


Данные параметры необходимы для определения индуктивности разрядного контура ГИН и его электрической прочности.


3.1. Расстояние между конденсаторами


Расстояние между конденсаторами ГИН определяем по следующей формуле:

, где Екр=0.2 кВ/мм, 0.088 м.

Длина одной ступени ГИН l4= l1+b, где толщина конденсатора b=0.15 (м), тогда l4=0.397 м.


3.2. Выбор типа разрядников


При напряжении коммутации 17.5 кВ и пробивной напряженности воздуха в равномерном поле при атмосферном давлении Епр.в.=3 кВ/мм, рабочий промежуток между шарами составит:

м.

Из условия равномерности поля шары выбираются диаметром:

м.


3.3. Выбор расстояния между разрядниками и конденсаторами


Для того, чтобы на равномерность поля между шарами и, соответственно, на величину их пробивного напряжения не влияли окружающие конструкции, в нашем случае – конденсаторы, над которыми размещаются разрядники, расстояние от шаров до корпусов и вводов конденсаторов должно составлять:

м.


3.4. Определение длины внешнего контура ГИН


Длина внешнего контура равна: lвнеш.=

где H=H1+H2 – высота ГИН до клемм конденсаторов,

высота конденсатора до клемм: H2=0.68 (м),

длина шины подключения нагрузки: Δl=1 м,

длина ГИН: l5= l4= м.

Опорные изоляторы выбираются так, чтобы их полная высота составляла: H1, при Еоп=0.5 кВ/мм высота опорных изоляторов: H1 м.

Таким образом, из таблицы 2, в соответствии с приведенной выше формулой, выбираем три опорных изолятора типа ОНС-20-500, высота которых в сумме равна H1=0.945 м.

Рассчитаем длину внешнего контура:

lвнеш==13.2 м.


4. Расчет индуктивности разрядного контура ГИН


Для расчета формы импульса и определения его соответствия заданию проведем расчет индуктивности разрядного контура. Полная индуктивность ГИН определяется по формуле:

LГИН=Lк'+Lр'+Lш+ Lвн.к +Lн,

где Lк' - суммарная индуктивность конденсаторов,

Lш - индуктивность шин соединения конденсаторов с разрядниками,

Lр' - индуктивность разрядников,

Lвн.к - индуктивность контура подключения нагрузки (внешний контур),

Lн - индуктивности нагрузки.


^ 4.1. Определение собственной индуктивности ГИН


Когда все габаритные параметры ГИН выбраны, можно определить собственную индуктивность ГИН, которая включает в себя индуктивности конденсаторов , шин соединения и разрядников: :

.

Сумма индуктивностей шин соединения и разрядников является индуктивностью катушки и определяется по приближенной формуле: Гн,

где S- сечение катушки, W- число витков тока (W=n- числу ступеней ГИН).

S= м2.

Таким образом, индуктивность катушки равна:

Lр'+Lш==3.161, Гн.

Суммарная индуктивность конденсаторов:

Lк'=n=20=1 Гн.

Собственная индуктивность ГИН:

LГИН(соб.)= Lк'+Lр'+Lш=1+3.161=13.161, Гн.


4.2. Определение индуктивности внешнего контура ГИН


Индуктивность прямолинейных участков проводов рассчитывается по формуле:

Lвнеш=0.85,

Lвнеш=0.85=11.22 Гн.

Выполнив необходимые расчеты, можно определить полную индуктивность разрядного контура ГИН:

LГИН=LГИН(соб.) +Lвн.к+Lн.=13.161+11.22+5=29.38 Гн.


5. Расчет переходных процессов в разрядной цепи ГИН


На рис.1 приведен контур цепи разряда ГИН.



Рис. 1.

Напряжение на нагрузке: где .

Для перехода к оригиналу необходимо произвести преобразования для приведения изображения к табличному виду, имеющему оригинал:



Рассчитаем коэффициенты операторного уравнения - (1), при Rк=0.

a==,

b==

c=.

Для дальнейшего расчета применим формулу Кардано. В уравнении введем новую переменную:. После подстановки уравнение примет вид:

, где: ; ,

q=,

k=.

Уравнение (1) имеет один действительный корень и два сопряженных комплексных корня. Действительный корень:

где ; ,

u=,

v=,

y1=.

Комплексные корни: ,

y2=, y3=.

Далее уравнение необходимо разложить на множители:

,

где , ;

, .

Делая обратную подстановку в последнее уравнение , получим уравнение вида:



где

, .

Расчет напряжения U.

Коэффициент, на который будет увеличено U:

, следовательно U=Uно1.132= кВ.

Определим , .

Рассчитаем форму импульса по формуле:

U(t)= - (1),

,

U1(t)= - (2),

U1(t) =.


6. Уточнение формы импульса ГИН


6.1. Определение уровня пульсаций и величины добавочного сопротивления


Для того, чтобы уровень пульсаций не превышал заданный: , при построении графика напряжения на нагрузке методом подбора определяем дополнительное сопротивление Rк .

На первом этапе расчета Rк=0, но так как уровень пульсаций превышает заданный, то значение Rк выбираем из диапазона Zк(кр)> Rк>0, где ,

=138.045Ом.

Методом подбора определяем значение Rк=75 Ом.

Увеличение начального значения Rк ведет к снижению напряжения на нагрузке Uн, поэтому, возникает необходимость увеличения коэффициента до величины 1.256. Тогда, напряжение составит U=1.256Uно= кВ.

Также добавочное сопротивление влияет на емкость ГИН в ударе:

Cуд Ф,

и количество ступеней ГИН: n=23.

Таким образом, сопротивление Rк будет распределяться по ступеням ГИН равномерно:

Ом.

От значения U зависит выбор напряжения источника заряда ГИН, которое должно иметь на выходе напряжение не менее Uзар= U/n = 442.9/23 = 19.26 кВ.

С учетом U=442.9 кВ и Rк=75 Ом форма импульса будет определяться по формуле:



U1(t) =.

При t=0 U1=350 кВ, при t=180 U1=188 кВ, Umax=378.9 кВ, ΔU=28.89 кВ.

Определим уровень пульсаций по формуле ,




6.2. Определение фронта и длины волны


На рисунках 1 и 2 представлены графики напряжения на нагрузке.

По графику, представленном на рисунке 1, находим длительность спрямленного фронта волны , с.

Определим погрешность %,

.


По графику, представленном на рисунке 2, находим длину волны , с.

Определим погрешность %,

.

Погрешности и не превышают допускаемые ГОСТом отклонения:

ф=13%, и =.


7. Конструкционный чертеж ГИН


Конструкционный чертеж ГИН в 3-х проекциях представлен в Приложении 1.





Рис. 1. Определение фронта волны.





Рис. 2. Определение длины волны.

II. Расчет зарядного устройства ГИН


  1. Расчет процесса заряда ГИН


Для определения процесса заряда конденсатора воспользуемся методом расчета по углу отсечки за каждый полупериод. Приращение напряжения на конденсаторе за полупериод определяется уравнением:

,

где - угол отсечки,

- постоянная времени цепи заряда;

= 314 – угловая частота сети переменного тока 50 Гц.

В первый полупериод = 0 и равно: .

Для определения (приращение напряжения на конденсаторе за второй полупериод) рассчитаем по формуле: . Затем определим :

.

Приращение напряжения за два полупериода составляет: . Рассчитываем :



Определяем: ,

Приращение напряжения за три полупериода составляет: . Рассчитываем :

и т. д.

Расчет будем вести до значения напряжения на конденсаторе, равном:

.

Определим время заряда конденсаторов, емкость которых составляет С=nСк= Ф,

Т3= с.

Найдем число циклов заряда n, при котором напряжение заряда конденсаторов ГИН достигнет заданной величины.

Для однополупериодной схемы заряда .

Напряжение Uc, до которого будет заряжаться конденсатор, определим по формуле:

Uc = кВ.

Рассчитаем напряжение источника питания по формуле: ,=23.11 кВ.

В расчете по программе Mathcad (приложение 2) задаем число n2, значение напряжения источника питания Е, угловую частоту сети переменного тока ω = 50 Гц, емкость конденсаторов С и сопротивление зарядного резистора R, которое предварительно задается равным:

R= Ом,

и производим расчет Uc. Поскольку, полученное в расчете значение Uc отличалось от заданного, то величину R методом подбора уменьшили до значения R=2.43 кОм.


  1. Расчет выпрямительного устройства


Диоды для выпрямительного устройства выбираем по двум параметрам:

- допустимое значение обратного напряжения диода Uобр:

кВ,

Последовательное включение диодов увеличивает обратное напряжение выпрямителя на число последовательно включенных диодов. Поэтому, из-за некоторого разброса значения Uобр, выбираем число последовательно включенных диодов таким, чтобы суммарное Uобр на 20–25 % превышало 2Е:

=57.77 кВ.


- допустимая величина прямого тока диода Iпр:

Выбор диодов по току производится из действующего значения зарядного тока, величина которого находится из выражения:

,

где кВт,

Еd= кВ.

Тогда действующее значение зарядного тока:

А.

По выше приведенным параметрам из таблицы 1 выбираем диоды типа КЦ105Д (Iпр=75 мА, Uобр=10 кВ) - 7 ветвей, соединенных параллельно, на каждой по 6 диодов, соединенных последовательно.


  1. ^ Выбор повышающего трансформатора


Выбор трансформатора производится исходя из требуемого уровня напряжения на высокой стороне и потребляемой мощности.

Средняя мощность повышающего трансформатора составляет:

,

где к.п.д. заряда через резисторы составляет 50%, тогда мощность равна:

, Вт.

Из таблицы 2 выбираем трансформатор типа: ИОМ-40-25-1, у которого U1=100 В, U2=40 кВ, Р=25 кВт, кол. изолир. выводов ВН:1.


  1. Выбор регулятора напряжения


Регулятор напряжения выбирается по значению мощности и заданной глубине регулирования напряжения.

А.

Поскольку из приведенных регуляторов напряжения в таблице 3 ни один не подходит, то для данного ГИН необходимо разработать свой регулятор напряжения.


  1. ^ Выбор схемы управления зарядом и коммутацией ГИН


Стандартная схема управления зарядом и коммутацией ГИН приведена на рис. 1 (однополупериодная схема заряда).

Выберем для данной схемы, исходя из напряжения сети и передаваемой мощности, тип контактора переменного тока. Он выбирается из максимального тока первичной обмотки силового трансформатора, величину которого можно оценить из соотношения:

А.

Таким образом, из таблицы 4 выбираем контактор следующего типа:

КПВ634, с параметрами: Iном=250 А, кол. главных контактов:2, кол. вспомогательных контактов:2.





Рис. 1. Схема управления зарядом и коммутацией ГИН (однополупериодная схема заряда).

Приложение 1




СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


  1. Конспект лекций.

  2. Методические указания по выполнению курсового проекта.



Похожие:

Курсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений» iconКурсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений»

Курсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений» iconКурсовой проект расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений введение
Гин основаны на принципе, разработанном независимо В. К. Аркадьевым и Э. Марксом в начале 20 века. Принцип работы гин состоит в медленном...
Курсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений» iconКурсовой проект по дисциплине
Расчет количества наплавленного металла, расхода сварочных материалов, электроэнергии
Курсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений» iconДоклад На рассмотрение комиссии представлен курсовой проект на тему «Проект сатуратора»
Целью курсового проекта является рассматривание процесса перемешивания на примере сатуратора, а также расчет материального и теплового...
Курсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений» iconКурсовой проект по электрообоудованию промышленности «Регулируемый электропривод крутонаклонного ленточного конвейера по системе авк»
Расчет статических и динамических характеристик для разомкнутой системы регулируемого электропривода 16
Курсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений» iconИсследование по созданию негосударственного пенсионного фонда подготовить презентацию курсового проекта на 12-16 слайдов сообщение на 15-20 мин
Курсовой проект на тему «Создание негосударственных пенсионных фондов. Расчет дивидендов»
Курсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений» iconКурсовой проект По дисциплине "Основы расчёта и проектирования сварных конструкций" Тема : Расчёт и проектирование сварной балки
«Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова» филиал в г. Северодвинске Архангельской области
Курсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений» icon2. 2 Механический расчет магистрального трубопровода
Определяем воздействие на трубопровод осевых напряжений номинальная толщина стенки
Курсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений» iconМетодические рекомендации по выполнению курсового проекта 1 Общие указания
Курсовой проект по дисциплине “ Цифровые системы коммутации ” является одним из основных видов учебной деятельности и формой контроля...
Курсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений» iconЛабораторная работа № Экспериментальное определение нормальных и касательных напряжений при изгибе
Ознакомление с тензометрическим методом определения напряжений с использованием тензорезисторов
Курсовой проект «Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений» iconКурсовой проект по дисциплине «Гражданские и промышленные здания»
Прошу выдать задание на курсовой проект по дисциплине «Гражданские и промышленные здания»
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы