Расчет управляемого преобразователя, предназначенного для плавного регулирования напряжения на тяговом двигателе (стр. 2 из 3)

При включении в плече выпрямителя n_пар параллельных ветвей максимальный удельный ток короткого замыкания, проходящий через один вентиль рассчитывается по формуле:

Выразив получим:

,

где I_удпасп – ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии, А

К_Н – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения тока по ветвям, К_Н = 0,9;

I_КУД – ударный ток в момент возникновения короткого замыкания, А.

Ударным током называется амплитудное значение тока в диодах, которое достигается в момент wt = p (t = 0,01 сек.) и рассчитывается по формуле:

где z– общее сопротивление контура короткого замыкания, Ом;

j – угол сдвига между током короткого замыкания и напряжением вторичной обмотки трансформатора;

t – постоянная составляющая контура короткого замыкания, t = 0,01 с

Общее сопротивление zнаходим по формуле:

,

где R_T– активное сопротивление, Ом;

X_T– индуктивное сопротивление, Ом

Активное сопротивление R_T находим по заданной величине мощности потерь короткого замыкания P_КЗ, которое определяется как 6–7% от типовой мощности трансформатора.

P_КЗ = 0,06×S₁, В×А

P_КЗ = 0,06×1350000=81000В×А

,

Индуктивное сопротивление X_T находим относительно напряжения короткого замыкания

,

где U₂ – напряжение вторичной обмотки трансформатора, U₂ = E₂ =1283,06 В;

S_ТР – типовая мощность трансформатора, S_ТР = S₁ = 1350000 В×А

Получаем:

Ом

Постоянную составляющую контура короткого замыкания t найдем по формуле:

,

где L_Т – индуктивность вторичной обмотки трансформатора, Гн;

,

где w- угловая частота питающего напряжения,

w = 2×p×F = 2×3,14×50 = 314 1/c

Угол сдвига фаз j определяем по формуле:

рад

Подставив численные значения в формулу (4.1.3), получаем:

Для вентиля ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии [1, прил. 1, прил. 2] равен: I_{уд пасп} =9000 А.

Подставляя численные значения в формулу

, получаем:

Аналогичный расчет проводим для тиристора.

Принимаем число параллельных ветвей:

Для вентилей

Для тиристоров

4.1 Проверка условий работы диодного и тиристорного плеча моста в длительном режиме

,

где K_пер = 1,6;

K_H– коэффициент, учитывающий неравномерное распределение тока между параллельными ветвями, связанное с разбросом характеристик вентилей, K_H = 0,9;

I_П – предельный ток вентиля, А

Паспортный предельный ток вентиля определяется при температуре охлаждающего воздуха Т = 20° С. Поэтому заданный тип вентиля необходимо проверить на соответствие фактическому среднему допустимому прямому току.

Предельный средний прямой ток вентилей при заданных температурных условиях работы выпрямителя рассчитывается по формуле:

где U_то – пороговое напряжение вентиля в открытом состоянии, В;

К_Ф – коэффициент формы тока, зависящий от схемы выпрямителя, для мостовой схемы К_Ф = 1,57;

r_t- дифференциальное сопротивление в открытом состоянии, Ом;

T_jm– максимально допустимая температура р-n перехода, °С;

Т_а – температура охлаждающего воздуха, принимаем Т_а = 60° С;

R_t– сопротивление стоку тепла от р-n перехода в охлаждающую среду, С / Вт

Принимаем:

для не лавинных вентилей Т_jm = 125° С;

для вентиля В500 для тиристора Т320

U_то = 1,1 В U_то = 1,05 В

r_t= 0,62 × 10^-3 Ом r_t= 0,55 × 10^-3 Ом

R_t= 0,1 С / Вт R_t= 0,22 С / Вт

Подставляя численные значения в приведенную выше, определим предельный ток и число параллельных ветвей:

для вентилей

окончательно принимаем для вентилей

;

для тиристоров

окончательно принимаем для тиристоров

Определим количество вентилей последовательно включенных в тиристорном и диодном плече моста

Количество вентилей последовательно включенных в тиристорном и диодном плече моста определим по формуле:

,

где U_{в макс} – максимальное обратное напряжение, воздействующее на вентильное плечо с учетом бросков и колебаний напряжения в сети, В;

К - коэффициент неравномерности распределения напряжения по вентилям, К = 0,8;

U_п – паспортное значение допустимого обратного напряжения, В

Принимаем 10-ый класс для вентиля и для тиристора:

U_п = 1000 В-для вентиля,

U_п = 1000 В-для тиристора

Величина U_{в макс} определяется с учётом коммутационных перенапряжений по формуле:

,

где К_к – коэффициент, учитывающий коммутационные перенапряжения,

К_к=1,2;

К_с – коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения в контактной сети, К_с = 1,16

Получим:

И для вентилей и для тиристоров принимаем

Расчет параметров защитных элементов выпрямительной установки.

Сопротивление шунтирующих резисторов последовательно соединённых вентилей определяем по формуле:

,

где m– количество последовательно включенных вентилей, m = 5;

I_о – максимальный обратный импульсный ток вентиля, А

I_o = 0,03 А – для вентиля;

I_o = 0,03 А – для тиристора

Для исключения возможности попадания бросков перенапряжения на закрытые вентили дополнительно, параллельно шунтирующим резисторам, подключаются демпфирующие цепочки С_ШR_Д.

Значение емкости С_Ш определим по формуле:

,

где к = 0,9 – коэффициент неравномерного распределения напряжения

Найдем значения защитных элементов для вентиля и тиртистора:

Ом

Диодное плечо выпрямительной установки с защитными элементами показано на рисунке 5

Тиристорное плечо выпрямительной установки с защитными элементами показано на рисунке 6.

Рисунок 5. Диодное плечо моста выпрямителя с защитными элементами

Рисунок 6. Тиристорное плечо моста выпрямителя с защитными элементами

5. Расчёт индуктивности цепи выпрямленного тока

Определим амплитудное значение первой гармонической составляющей выпрямленного напряжения

Расчет ведется для значения a+g₁, равного заданному значению угла регулирования a_р

где а и b– коэффициенты ряда Фурье

a₁ = -670,7

b₁ = -76,01

Получаем:

Рассчитаем индуктивность цепи выпрямительного тока