Последовательный автономный резонансный инвертор с обратными диодами (стр. 5 из 7)
( 6.1 ) 
где: I atmax=Iatx=96,19 A – максимальный рассчитанный ток через тиристоры в схеме;
Ud=436.2 В – величина выпрямленного напряжения;
tmin п.в.=40 мкс – минимальное значение времени выключения тиристоров в схеме;
w0=1777.25 Гц – собственная частота коммутирующего контура (п.2.4);
tвкл=2 мкс – время включения тиристора;
Выбранный тиристор характеризуется следующими основными параметрами:
- повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии UЗС=600-1100В;
- неповторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии 1.1UЗС;
- максимально допустимый средний ток в открытом состоянии Imax=100A;
- время восстановления 3 мкс;
- время выключения 30 мкс;
- критическая скорость нарастания тока 800 А/мкс;
- критическая скорость нарастания напряжения 500 В/мкс;
- отпирающее напряжение управления 5 В;
Для данного тиристора выбираем [8] стандартный охладитель О171-180 У2 ТУ 16-729.377-83. Тиристор имеет принудительное воздушное охлаждение, скорость потока воздуха 6 м/. Для улучшения контактного соединения тиристоров с охлаждающим элементом используется смазка типа КПТ-8 по ГОСТ 19783-74. Ввиду необходимости ограничения скорости нарастания напряжения на тиристорах, параллельно им включаем последовательные демпфирующие RC-цепочки, рассчитываемые следующим образом. Определяем среднее значение напряжения на резисторе:
( 6.2 )где: Ucm – максимальное напряжение на конденсаторе, находится по формуле:
( 6.3 )t - постоянная времени, равная:
; 
( 6.4 )здесь
=278 В/мкс.Получаем UdR=50,9 В; t=1,57 мкс. Принимаем сопротивление R=91 Ом. Тогда мощность рассеиваемая на нём будет равна
. Находим величину ёмкости: 
. Выбираем для демпфирующих цепочек следующие элементы [10]:- резистор типа ПЭВ, номинальной мощностью 50 Вт, сопротивлением 91 Ом±10%;
- конденсатор типа МБГП-1кВ-20 нФ±10%.
На основе табл. 5 и нижеприведённых соотношений выбираем [8] диод ВЧ2-100-8.
( 6.5 ) 
где:
I admax=Iadx=61,23 A – максимальный рассчитанный ток через диоды в схеме;
f=1500 Гц – частота.
Основные параметры выбранного диода:
- максимально допустимый средний ток в открытом состоянии Imax=100A;
- повторяющееся обратное напряжение UPRM=800 В;
- время обратного восстановления 2 мкс.
Для данного диода выбираем [8] стандартный охладитель 0111-120. Диод имеет принудительное воздушное охлаждение, скорость потока воздуха 10 м/с.
В качестве коммутирующего конденсатора выбираем [10] конденсатор типа К75-46 (высоковольтный импульсный конденсатор, предназначенный для формирования мощных импульсов тока на нагрузке). Его напряжение определено из соотношения:
( 6.6 )где Uсmmax=2538 В – максимальное напряжение на конденсаторе (табл.5).
Таким образом, основные параметры выбираемого конденсатора следующие:
- номинальная емкость 20 мкФ;
- номинальное напряжение 6 кВ;
Выбираем конденсатор К75-46-20мкФ-6 кВ±20%.
Для защиты тиристорных преобразователей мощностью до 1 Мвт нашли широкое применение автоматические выключатели серии А 3700. Этот выключатель целесообразно поставить в схеме на первичной стороне трансформатора.
Выбрали [10] выключатель параметру: уставка по току срабатывания ³160 А, номинальное напряжение UНОМ ³660 В.
Тип выключателя А3723Б - трехполюсный, переменного тока. Частота f=50 или 60 Гц.
Номинальное напряжение выключателя 660 В.
Номинальный ток выключателя 200 А.
Номинальный ток электромагнитных расцепителей - 125 А.
Номинальный ток тепловых расцепителей - 125 А.
Уставка по току срабатывания тепловых расцепителей - 125 А.
Коммутационная износостойкость 10000 циклов.
Механическая износостойкость 6000 циклов.
Полное время отключения при номинальном токе с момента подачи номинального напряжения на выводы катушки независимого расцепителя не более 40 мс.
7.1 Расчёт дросселя начнём с допущения, что плотность тока, протекающего по нему составляет j=2.5 А/мм2 (это вполне обосновано, т.к. охлаждение дросселя будет воздушным). Определяем требуемое сечение провода, исходя из соотношения :
( 7.1 )где Iн1=242.3 А - действующее значение тока нагрузки.
Подставляя численные значения, получаем SПР=96,92 мм2
Согласно таблице 7 [7] определяем сечение жилы и провода. Выбираем провод марки ПСД прямоугольный медный обмоточный. Ширина жилы b=10 мм, толщина а=5 мм. Будем наматывать параллельно два провода, чтобы получить требуемую величину плотности тока в каждом проводе. Так как b>5 мм, то, согласно [3], общая толщина изоляции данного провода равна 0.5 мм. Следовательно, с учётом изоляции размер сечения оного провода составит: b`=10.5 мм, а`=5,5 мм, S=49.1 мм2.
Так как используется два параллельных провода, размер сечения эквивалентного провода будет равным: b1=21 мм, a1=11 мм. Наматывать провод будем плашмя.
7.2 Задаемся внутренним диаметром дросселя. Примем его равным d2=88 мм. Тогда внешний диаметр найдем по формуле:
( 7.2 )Получаем d1=0.16 м.
7.3 Длину дросселя принимаем равной внутреннему диаметру: аК=d2=100 мм.
7.4 Количество витков в слое найдем по формуле (здесь, и далее для сдвоенного провода):
( 7.3 )Получаем: w1=4,19. Округляем количество витков в слое до ближайшего целого числа. Следовательно w1=5.
7.5 Уточняем длину катушки:
( 7.4 )Получаем aк=0.105 м.
7.6 Толщина поперечного сечения обмотки:
( 7.5 )Получаем r=0.036 м.
7.7 Определяем количество слоев в сечении:
( 7.6 )Подставляя, находим: w2=6.545. Округляем количество слоев в сечении до ближайшего верхнего числа и получаем w2=7.
7.8 Уточняем толщину поперечного слоя обмотки:
( 7.7 )Получаем r=0.0385 м.
7.9 Уточняем внешний диаметр дросселя:
( 7.8 )Получаем: d1=0.165 м
7.10 Средний диаметр катушки дросселя найдем по формуле:
( 7.9 )Получаем d=0.1265 м
7.11 Общее число витков в катушке:
( 7.10 )Получаем w=35
7.12 Рассчитываем вспомогательные коэффициенты:
; 
( 7.11 )Получаем a=0.83; r=0.3043.
На основе [2], с учётом значений найденных коэффициентов, получили: Ф=6.4
7.13 Индуктивность катушки прямоугольного сечения найдем по формуле:
( 7.12 )где m0=4×p×10-7 Гн/м - магнитная постоянная.
Подставляя численные значения получаем L=9.91×10-5 Гн. Нам нужна индуктивность величиной Lk=9.885×10-5 Гн. Найденная индуктивность с достаточной точностью соответствует ей, расчёт выполнен верно. Эскиз дросселя приведён на рис.11.
Эскиз дросселя.
Рис. 11
8. Расчёт согласующего трансформатора
Использование трансформаторов в автономных инверторах позволяет согласовывать параметры преобразователя и нагрузки, обеспечивать гальваническую развязку вентильной части инвертора и нагрузки.
8.1 Исходные данные для расчёта:
- действующее значение тока в первичной обмотке трансформатора I1=242.3 А (п.2.11 );
- действующее значение напряжения на первичной обмотке трансформатора U1=755 В (п.2.11);