Расчет непосредственного преобразователя частоты (стр. 4 из 6)
Выразим величину емкости конденсатора в RC – цепочке
Ф.Подставим числовые данные и определим величины R и С:
; 
.Мощность резистора определим из выражения
.Цепью разряда конденсатора RC – ветви являются резистор и включенный тиристор. Следовательно, вентиль будет испытывать дополнительную токовую нагрузку. Определим величину токовой добавки
Суммарная величина среднего тока через вентиль и добавки при разряде конденсатора не должна превышать допустимого значения Iп.к. = 80 А при заданных условиях охлаждения. Проверим это
IΣ = 33,3 + 1,9 = 35,150 A. << [Iп.к.] A.
б) Защита от перенапряжений, возникающих при коммутациях в цепи нагрузки.
Рассмотрим наихудший (с точки зрения нагрузки на полупроводниковый прибор) случай перенапряжения, когда происходит отключение индуктивной нагрузки от работающего преобразователя, и величина э.д.с. самоиндукции складывается с фазным напряжением, действующим на вентиль.
Для того, чтобы использовать уже рассчитанную выше RCA – цепочку для данного вида перенапряжении, выполним проверочный расчет величины (du/DT) при воздействии суммарной э.д.с., равной
ЕперΣ = Е2mф + Ен. max =
·102 + 100 = 244,296 B.Тогда
,Следовательно, данная RC – цепочка может служить защитой как от перенапряжений, вызванных коммутациями с вентиля на вентиль, так и в цепи нагрузки.
На основе данных расчета выбираем элементы защитной RC – цепи.
Выбор резистора.
Из справочника выбираем металлооксидный резистор с подавленной реактивностью – тип МОУ:
– резистор имеет номинальное сопротивление Rн. = 150 Ом (
);– номинальная мощность Рн =0,5 Вт;
– ТКС
в диапазоне температур от – 60 ˚ С до + 200 ˚ С;– температура окружающей среды – Токр. =
˚ С;– предельное импульсное напряжение Uи m = 360 В.
Геометрические размеры: наружный диаметр D = 1,6 мм, длина L=16,5 мм , d = 3 мм.
Выбор конденсатора.
Выбираем фторопластовый конденсатор К72 – 11А емкостью С=0,1мкФ (
).Корпус типа ЦИ (Ц – цилиндрический, И – изоляционный).
Параметры:
– номинальное напряжение Uн = 500 В;
– температура окружающей среды – Токр. =
˚ С;– величина тангенса угла потерь –
;– сопротивление изоляции вывод – вывод Rиз. = 20 ГОм
Геометрические размеры: диаметр D = 58 мм, длина L = 78 мм,
длина выводов l = 18 мм.
Так как были выбраны реальные элементы цепи защиты, то необходимо сделать оценку, как изменилась скорость нарастания фронта напряжения – (du /dt) для вариантов защиты а) и б):
Для случая перенапряжения а):
<[(du /dt)кр. =100В/мкс].
Δ(du/dt)=68,652–50=18,652 В/мкс, т.е. порог ограничения скорости нарастания напряжения при коммутации с вентиля на вентиль увеличился на 18,652 В/мкс.
для случая перенапряжения по пункту б):
.Следовательно, порог ограничения скорости нарастания напряжения при коммутациях в цепи нагрузки повысился на Δ(du/dt)=67,126-58,648=8,478 В/мкс.
в) Защита от перенапряжений, которые попадают в преобразователь из питающей сети, вследствие атмосферных разрядов, процессов переключения в соседних устройствах, например при работе выключателей или перегорании предохранителей, или из-за резонансных явлений, обусловленных наличием гармоник в сетях, склонных к резонансу.
Длительные перенапряжения этого типа опасны не только для преобразователя, но и для других потребителей, для их ограничения необходимо использовать внешние по отношению к преобразователю устройства. Но по ТУ необходимо предусмотреть защиту преобразователя от кратковременных превышений напряжения в сети.
Параллельно каждому комплекту вентилей подсоединим RC – цепочки, объединенные в треугольник. При расчете резисторов такого защитного устройства (ЗУ) будем исходить из условия, что при действии напряжения величиной Uпер. m = 3кВ в течение 1 мкс на резисторе должно выделиться порядка 1 Дж тепла.
Итак,
Следовательно, величину сопротивления резистора ЗУ определим как
Величину емкости конденсатора ЗУ определим, используя выражение, полученное выше (коэффициент демпфирования ξ и значение LsΣ остаются теми же):
.По данным расчета выбираем элементы ЗУ (треугольник из RC – цепочек).
Выбор резистора ЗУ:
Тип резисторов треугольника из RC –цепей выбираем таким же, что и для защиты приборов при внутренних коммутациях, т.е. резистор металлооксидный типа МОУ с параметрами:
– номинальное сопротивление Rн. = 10 Ом (
) ;– номинальная мощность Рн = 25 Вт;
– ТКС
в диапазоне температур от – 60 ˚ С до + 200 ˚ С;– температура окружающей среды – Токр. =
˚ С ;– предельное импульсное напряжение Uи m = 4000 В.
Геометрические размеры: наружный диаметр D = 13 мм, длина L = 130 мм , d = 8 мм.
Выбор конденсатора.
Выбираем комбинированный конденсатор К75 – 25 емкостью С=1,2 мкФ (
).Корпус типа ПМ ( П– прямоугольный, М – металлический).
Параметры:
– номинальное напряжение Uн = 3 кВ;
– температура окружающей среды – Токр. =
˚ С;– величина тангенса угла потерь –
;– сопротивление изоляции вывод – вывод Rиз. = 5 ГОм.
Геометрические размеры: ширина В =90 мм, длина L =110 мм, высота Н =18 мм.
Определение индуктивности уравнительного реактора.
В данной схеме преобразователя будем использовать два однофазных уравнительных реактора. Требуемая индуктивность реактора может быть определена из выражения:
Lур=Кд*E2mф/(wс*Iур), где
IУР – действующее значение статического уравнительного тока (обычно выбирается согласно условию IУР
0,1IH ;E2m ф – амплитуда вторичной э.д.с.;
КД – коэффициент, характеризующий отношение действующего значения уравнительной э.д.с. к амплитуде вторичной э.д.с. (он зависит от схемы выпрямления, угла регулирования).
Действующее значение напряжения на однофазном уравнительном реакторе
В.Следовательно, подставив значения, определяем
, ВОпределим типовую мощность каждого реактора. Для данной схемы ТП она равна
SLур = 0,0286 Рd = 0.0286·10 · 103 = 0,286 кВА.
Максимальный коэффициент КД для данной преобразовательной схемы равен КД = 0,4. Через каждый реактор протекает ток, равный IH=Id /2 = 50A.
Примем величину действующего значения статического уравнительного тока, равной IУР = 0,1 IH = 0,1·50 =5 А.
Итак, определим индуктивность LУР:
Определение ударного тока при внешнем коротком замыкании.
К аномальному режиму работы преобразователя относят внешнее короткое замыкание. Оно сопровождается возникновением сверхтоков и перенапряжений во всех силовых элементах, поэтому он является тяжелым аварийным режимом.
Полупроводниковые вентили весьма чувствительны к перегрузкам по току, что связано с технологическими особенностями их изготовления и эксплуатации. Поэтому необходимо в преобразователе установить специальную защиту силовых приборов.