Силовая преобразовательная техника: Методические указания к контрольной работе по одноименной дисциплине, страница 2

На рис. 3.1 изображена нереверсивная схема ШИП с тиристорным ключом и цепям коммутации для питания электропривода постоянного тока. Функцию собственно ключа выполняет тиристор VS1, а тиристор VS2 служит для управления процессом коммутации VS1. Работает тиристорный коммутатор следующим образом. Вначале конденсатор С_к предварительно заряжают через VS2 с положительным зарядом на верхней обкладке. При подаче управляющего импульса на VS1 на двигателе  появляется импульс напряжения U_d и через VS1 протекает ток нагрузки. Одновременно по контуру, в который входят конденсатор С_к, тиристор VS1, диод VD1 и реактор L_к, происходит процесс перезаряда конденсатора, заканчивающийся через полупериод собственных колебаний контура с положительным зарядом на нижней обкладке. Диод VD1 запирает конденсатор от дальнейшей перезарядки. Сигналом на закрывание VS1 является управляющий импульс, подаваемый на VS2. Через открытые тиристоры VS2 и VS1 разряжается конденсатор и своим током запирает VS1. После запирания VS1, ток протекающий через VS2, дозаряжает конденсатор до первоначального уровня с положительным зарядом на верхней обкладке. Диод VD₀ служит для создания цепи протекания тока нагрузки после закрытия рабочего тиристора VS1, тем самым, защищая элементы схемы от перенапряжения. Более подробно с работой данной схемы можно ознакомится в [2,3]. При расчете и анализе коммутационных процессов в представленной схеме приняты следующие допущения: ток нагрузки в период коммутации постоянен; индуктивность нагрузки достаточно велика; тиристоры и диоды идеальные.

3.2. Определение значения напряжения источника питания

, (3.1)

где  U_ном– номинальное напряжение питания двигателя постоянного тока;

 В – импульсное падение напряжения на тиристоре VS1 в открытом состоянии;

– максимальная скважность.

– номинальный ток нагрузки

; (3.2)

,  – номинальные мощность и КПД двигателя;

– внутреннее сопротивления источника питания ;
R_я – сопротивление якорной обмотки ДПТ;

R_дп– сопротивление дополнительных полюсов.

3.3. Расчет параметров узла принудительной параллельной двухступенчатой  коммутации и выбор его элементов

3.3.1. Предварительный расчёт и выбор рабочего тиристора VS1.

Предварительный выбор рабочего тиристора VS1 производится исходя из условий

, (3.3)

где   – предварительное значение среднего тока тиристора VS1;

U_{VS1обр.расч} – расчетное значение обратного напряжения тиристора VS1.

Тиристор VS1 выбирается исходя из условий

 (3.4)

где I_{VS1ос.ср.max} – максимальное значение среднего тока тиристора в открытом состоянии;

U_VS1зс.п – повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии.

В схеме ШИП необходимо использовать высокочастотные или быстродействующие тиристоры [7].

После выбора тиристора (указать тип), его параметры  записываются в табл. 3.1. импульсное значение тока тиристора VS1 в открытом состоянии I_ос.и принимается равным .

Таблица 3.1

Основные параметры рабочего тиристора VS1

Тип тиристора	Iос.ср.max, A	Iос.и., A	Uзс.п., B	tвыкл, мкс	tвкл, мкс

3.3.2. Расчетное значение номинальной ёмкости коммутирующего конденсатора С_к

, (3.5)

где - номинальное значение ЭДС якоря ДПТ

. (3.6)

Расчетное значение номинального  напряжения конденсатора

.

Конденсатор выбирается исходя из условий

Рекомендуется использовать неполярные конденсаторы следующих типов МБГЧ, МБГО, КБГ-МП, К40У-5, БГТ и другие [9]. После выбора конденсатора(ов) (указать тип и количество) его параметры заносятся  в табл. 3.2. Если необходимо несколько конденсаторов соединяют параллельно (для увеличения суммарной ёмкости).

Таблица 3.2

Основные параметры коммутирующего конденсатора С_к,

Тип конденсатора	Сном, мкФ	Uном, B	Количество

3.3.3. Расчёт коммутирующей индуктивности L_к

. (3.7)

Стандартный ряд серийно выпускаемых дросселей достаточно ограничен как величине индуктивности, так и по рабочему току. поэтому выбирается неунифицированный дроссель, с индуктивностью равной расчетной .

3.3.4. собственная частота колебаний контура L_кС_к

. (3.8)

Тогда

. (3.9)

период собственных колебаний контура L_кС_к

. (3.10)

Время перезаряда конденсатора С_к

. (3.11)

3.3.5. максимальная частота работы ШИП

 , (3.12)

где

, (3.13)

. (3.14)

3.3.6. рабочая частота ШИП

, (3.15)

где  . (3.16)

3.3.7. Расчетное значение среднего тока диода VD1

. (3.17)

3.3.8. Уточнение выбора тиристора VS1.

Уточненное расчетное значение среднего тока тиристора VS1 в открытом состоянии

. (3.18)

Далее необходимо проверить выполнение условия   для выбранного в п.1.3.1 тиристора VS1. В случае невыполнения данного условия, выбирается другой тиристор и расчеты по пп.3.3.1 … 3.3.8  повторяются.

3.3.9. Выбор диода VD1.

Выбранный диод должен удовлетворять трём условиям

 (3.19)

где  I_{VD1пр.ср.max} – максимальное значение среднего тока диода в прямом направлении;

I_{VD1ср.расч} – расчетное значение среднего тока через диод;

I_VD1пр.и – импульсное ( повторяющееся) значение прямого тока диода;

I_{VD1и.расч} – расчетное значение импульсное прямого тока диода

, (3.20)

U_{VD1обр.и.п} – повторяющееся импульсное значение обратного напряжения диода

В схеме ШИП необходимо использовать высокочастотные или быстродействующие диоды [8]. После выбора диода (указать тип) его параметры сводятся в табл. 3.3.

импульсное (повторяющееся) значение прямого тока диода VD1 I_пр.и. принимается равным .

Таблица 3.3

Основные параметры диода VD1

Тип диода	Iпр.ср.max, A	Iпр.и , A	Uобр.и.п , B	tвос.обр., мкс

3.3.10. Расчет и выбор коммутирующего тиристора VS2.

Данный тиристор должен удовлетворять следующим требованиям

 (3.21)

где

,

.

Время перезаряда конденсатора С_к  определяется выражением

. (3.22)