Проектирование силовых блоков полупроводникового преобразователя (напряжение питающей сети - 0,22 кВ, колебания напряжения в сети - 10%)

выпрямленное напряжение при угле регулирования a=0:

                            U_Н0=U_2Ф^.0,9=220^.0,9=202  В                                               (19)                                                      

При данном напряжении номинальный угол регулирования составляет:

Падение напряжение на вентиле:

     DU_КЛ = U₀/2 + R_Д[Ia]= ×1,2 /3 + 3,36×10^-3× 40,3 = 0,7 В              (20)

Падение напряжение на остальных элементах приму SU_К=3 В.

Коэффициенты внешней характеристики выбираю из [5, с.93, табл.16-1] для однофазной мостовой схемы (А=0; b=1).

C учетом этого К_ХХ равен:

Согласно (16) максимальное обратное напряжение, действующее на тиристор:

U_ОБР.MAX  =1,13 × 311 = 351,5 В.

Максимально  допустимое  постоянное  обратное  напряжение  вентиля 1050 В (таблица 2), значит вентиль выдерживает прикладываемое к нему обратное напряжение.

Данный тиристор является тиристором четвертого класса.

2.7 Расчёт параметров и выбор аппаратов защиты.

2.7.1 Расчет токов внутреннего короткого замыкания

Параметры внутреннего КЗ  (ударный ток   и интеграл придельной нагрузки ) я рассчитал ранее (2.4.2).

Используя [1, c.106, рис.1-130] для , построю график мгновенных значений токов внутреннего КЗ . Он представлен в Приложении 2.

Для защиты от внутренних КЗ последовательно с каждым вентилем включаем предохранитель. При этом предохранительная нагрузка защищённого преобразователя согласно [6, с.356]:

                             А                                                (21)

Номинальный ток предохранителя [4, с.20]:

                                 А                                                    (22)

Плавкие предохранители выбираются исходя из действующего значения первой полуволны тока внутреннего КЗ [3,c.108]

                          А                                        (23)

Из [7, с.26] выбираем предохранители ПНБ5.

Таблица 4

Технические данные предохранителя

Проверка условия селективности защиты.

Селективность - отключение только поврежденных вентилей без нарушения работы исправных вентилей и преобразователя в целом, т.е. за время срабатывания предохранителя поврежденной ветви не должны плавиться предохранители не поврежденных ветвей             [3, с.108]:

                                                                                  (24)

где ,     

К – коэффициент неравномерности загрузки тиристоров , [1, с.108] берем К=1.2

Плавкие предохранители условию селективности удовлетворяют

2.7.2 Расчет токов  внешнего короткого замыкания

Параметры внешнего КЗ  (ударный ток   и интеграл придельной нагрузки ) я рассчитал ранее (2.3.1).

Используя [1, c.106, рис.1-128] для , построю график мгновенных значений токов внешнего КЗ . Он представлен в Приложении 3.

Для защиты от КЗ со стороны постоянного тока из [6, с.328, табл.6-2] выбираю автоматический выключатель А3710

Таблица 5

Технические данные автоматического выключателя А3710

Защитный показатель выключателя определим по формуле:

                                                                                     (25)

где - время срабатывания выключателя,  /табл.6/;

- время нарастания тока до тока уставки (t₀=0.5мс)

Тогда по формуле (1.19):

 кА²с

По условию селективности с плавкими предохранителями должно выполняться условие [6, с.327]:

                                                                                                                  (26)

Проверим выполнение данным автоматическим выключателем защитного соотношения [6, с.327]:

                                                                                                   (27)

где - интеграл придельной нагрузки тиристора (таблица  2)

Условие  выполняется:   

Следовательно, автоматический выключатель предъявляемым требованиям удовлетворяет.

Для защиты от КЗ со стороны переменного тока из [6, с.328, табл.6-2] выбираю автоматический выключатель А3710. Его параметры приведены в таблице 5, только номинальное переменное напряжение U_H=330 В.

2.7.3. Расчет элементов защиты коммутации в VS

Для защиты тиристоров преобразователя от коммутационных перенапряжений, необходимо параллельно каждому тиристору включить R-C цепочку.

Ёмкость конденсатора цепи согласно [6, с.375]:

                                                                                                                                 (28)

где - заряд обратного восстановления тиристора (таблица 2), Кл;

- амплитуда рабочего напряжения на вентиле

                                                                                 (29)

По формуле (29):

 мкФ

По каталожным данным [8, c.155] выбираю конденсатор типа К75-24.

Таблица 6

Технические данные конденсатора К75-24

Величину сопротивления определю из соотношения [6, с.375]:

                                                                                                                                  (30)

где L - индуктивность входных дросселей

                                              мГн                                         (31)         

где - угловая частота.

По формуле (31):

Ом

Мощность, рассеиваемая резистором [6, стр. 358]:

          Вт            (32)  

По [9, c.61] выбираю резистор типа С2-23

Таблица 7

Технические данные резистора  С2-23

2.7.4 Расчет элементов защиты от коммутации в нагрузке

Защиту от перенапряжений в нагрузке осуществляю включением в цепь выпрямленного тока встречно-параллельных тиристоров. Выбор и расчет тиристора произвожу по методике, приведенной в [10, с.40]

Среднее значение тока тиристора определим по формуле:

                                                ,                                  (33)

где - угол регулирования;

Максимум тока  будет при равенстве нулю производной  т.е.

Данное уравнение целесообразно решать графически [10, с.41, рис. 1-26]. Из рисунка видно, что  максимален при =1.3 рад.[74,4 эл. град.]. В этом случае величина максимального тока тиристора определима по формуле (34):

 А

Максимальное обратное напряжение на тиристоре с учетом перегрузки:

                                         В                             (34)

где - кратность кратковременной перегрузки, 5 /табл.1.0/

В качестве параллельного тиристора можно использовать тиристор Т-25-7 [3, с.76]:

Таблица 8

Технические данные тиристора Т-25-6

2.8 Расчёт реактора для уменьшения зоны прерывистых токов

Значение индуктивности, которую необходимо включить в цепь выпрямленного тока для получения гранично-непрерывного тока определяется по формуле  [1, с.131, табл.  1-30]:

     Гн    (35)

где U_2Ф - фазное входное напряжение (таблица 1);

Iн - номинальное значение выпрямленного тока в нагрузке (по заданию);

р – число пульсаций выпрямленного напряжения;

α -  номинальный угол регулирования (18);

X_2K - индуктивное сопротивление питающей сети.

Зная индуктивность якоря можно найти индуктивность реактора для получения начально-непрерывного тока [1, с.132]:

                                                                                                                         (36)

Индуктивность якоря [1, с.131]:

                          Гн                  (37)   где К = 0,5 -для некомпенсированных машин постоянного тока;

Un = 200 В - номинальное напряжение двигателя;

In = 50 А - номинальное ток двигателя;

n = 750 об/мин - номинальная частота вращения электродвигателя;

p = 2 - число пар полюсов электродвигателя.

Данные параметры являются параметрами двигателя постоянного тока 2ПФ180L, с мощностью Р_н = 10 кВт.

По формуле (36):

Гн

Знак “ - ” показывает, что индуктивное сопротивление нагрузки уже обеспечивает, при данном угле регулирования, непрерывный токовый режим, поэтому включать в схему дополнительный реактор не нужно.

3   Расчет характеристик преобразователя

3.1 Расчёт внешней характеристики преобразователя

В пункте 2.8 я доказал, что при работе  преобразователя не будет возникать режима