Описание силовой схемы тиристорного преобразователя серии КТЭ. Расчет параметров и выбора силового трансформатора. Выбор тиристоров

1  ОПИСАНИЕ СИЛОВОЙ СХЕМЫ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СЕРИИ КТЭ

Схема силовых цепей ТП серии КТЭ представлена на рисунке 1.1.

Реверсивный ТП содержит два трехфазных выпрямительных моста (тиристоры VS1…VS6 и VS7…VS12), связанных по выходу встречно – параллельно. При питании от сети 380В выпрямительные мосты подключаются к сети автоматическим выключателем QF1 через силовые токоограничивающие реакторы L1…L3, а при питании от сети 6 или 10 кВ  - через трансформатор TV и вводное высоковольтное устройство (ВВУ) с разъединителями QS и масляным выключателем Q.

В цепи выпрямленного тока ТП установлен сглаживающий реактор L4 и быстродействующий автоматический выключатель QF2.

Для защиты тиристоров от внутренних коротких замыканий применяют быстродействующие плавкие предохранители, устанавливаемые  в анодной цепи каждого вентиля (ни рисунке 1.1 предохранители не показаны). От атмосферных перенапряжений и перенапряжений, связанных с переключениями электрических цепей собственно в преобразователе, а так же в других электроустановках, получающих питание от той же сети, тиристоры защищаются R1C1 – цепочками и нелинейными резисторами RU – варисторами. Указанные защитные элементы подключаются на шины линейного напряжения. Защита тиристоров от перенапряжений, связанных с коммутационными процессами в самих тиристорах, осуществляются  R2C2 – цепочками, подключенными параллельно каждому вентилю.

На двери силового шкафа установлены контрольно – измерительные приборы PA и PV, а так же сигнальная лампа HL, указывающая на подключение силовых цепей преобразователя.

В силовом шкафу ТП размещены также датчики проводящего состояния вентилей (ДСВ), определяющие состояние тиристоров – открыты или закрыты.

Рисунок 1.1 – Схема силовых цепей ТП серии КТЭ

2  РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ВЫБОРА СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Расчетные вторичные напряжения трансформатора (фазное и линейное)

Рабочий ток нагрузки

Расчетный вторичный ток трансформатора при токе нагрузке Ip

Расчетный коэффициент трансформации

Так как расчётный коэффициент трансформации тр-ра равен единице, то его можно заменить реактором, что уменьшит весогабаритные показатели и упростит расчёт схемы.

          В  соответствии  с  вычисленными  данными  был  выбран  реактор         РТСТ-41-1,01У3 с параметрами:

U_1л = 410 В;

I_н = 41 А;

L_фн = 1,01 мГн;

R_ф = 102 мОм.

          Ток, потребляемый двигателем при перегрузке:

3  ВЫБОР ТИРИСТОРОВ

Максимальная величина обратного напряжения

Неповторяющееся напряжение тиристора с учетом перенапряжений при сгорании предохранителей:

Средний ток вентиля при перегрузке

Предельный классификационный ток:

Принимаем тиристор ТО-142-40  14 класса, параметры тиристора приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1 Параметры тиристора ТО-142-40

Iпк,A	Uo,B	Rд,Oм	Θрп.доп. °С	Rt, °C/Вт (6)	Rt, °C/Вт (0)	Iуд, А	Wв
40	1,14	13*10-3	100	0,22	0,44	880	16*103

4  РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ВЫБОР СГЛАЖИВАЮЩЕГО РЕАКТОРА

Выпрямленное напряжение при максимальном напряжении в сети

Определим угол  при номинальном напряжении на двигателе Un, токе Ip и максимальном напряжении сети (падение напряжения на активном сопротивлении реактора пока не известно, но оно мало и им можно пренебречь)

Амплитуда первой гармоники пульсаций напряжения

Необходимая индуктивность в цепи выпрямленного тока

Индуктивность якоря Lя

 

Расчетная индуктивность сглаживающего реактора

Общая индуктивность в цепи выпрямленного тока

а индуктивное сопротивление

Активное сопротивление обмотки реактора

Напряжение на двигателе при номинальном напряжении сети и токе Ip

Так как , то преобразователь обеспечивает заданный режим.

Тип реактора        - СРОС – 120/3-У4

I,A                         - 136

L,мГн                    - 20

Rя, мОм               - 7.2

ΔP                         - 550 Вт.

5  РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ НЕКОТОРЫХ ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

RC – цепи, ограничивающие сетевые перенапряжения

Выбран конденсатор КМ-6 (С=150нФ; U=500В).

Выбран резистор МЛТ – 2 – 43 Ом.

Ограничитель коммутационных перенапряжений

Выбран конденсатор МБГЧ (С=1,7мкФ; U=600В).

Выбран резистор МЛТ – 2 – 25 Ом.

6  РАСЧЁТ СИФУ

Выбор СИФУ был остановлен на аналоговой схеме. Несмотря на свою громоздкость аналоговая СИФУ обеспечивает заданные параметры управления полупроводниковыми тиристорами и исключает возможность «зависания».

Принципиальная схема СИФУ приведена на рисунке 6.1.

Расчёт фильтра.

Зададимся значением  ёмкости  конденсатора  С1 ( С1 = 0,5мкФ,   конденсатор   К73-11 на 160В).

Выберем резисторы ( R1 – МЛТ-2Вт-3,3кОм5%; R2 – МЛТ-2Вт-16кОм5% ).

Расчёт пороговых элементов

Зададимся транзисторами во всей схеме СИФУ (npn – КТ-315а, pnp – КТ-361а).

Параметры транзисторов:

U_кэнас=0,5 В; U_бэнас=0,8 В; I_кmax=100мА;  β=40.

Зададимся напряжением питания 15 В.

R4 и R3 – резисторы МЛТ-2Вт-300Ом5%.

R5 и R6 – резисторы МЛТ-2Вт-2Ом5%.

Напряжение на ёмкости С1

Пусть U_C1м=10В.

В качестве логических элементов DD1 и DD2 целесообразно использовать микросхемы КМОП-серии К561 ЛА-7, имеющие параметры:

U_пит = 15В;  Р = 4*10^-5мВт;  I⁰вх = 5*10^-6мА;  I¹вх = 5*10^-6мкА;  I⁰вых = 1,8мА;    I¹вых = -1,8*10³мА.

Расчёт формирователя длительности импульсов

Зададимся значением  ёмкости  конденсатора  С3 ( С3 = 0,5мкФ,   конденсатор   К73-11 на 160В).

Зададимся значением тока коллектора транзистора VT5 (I_к=50 мА);

 Выбираем МЛТ-10Вт-300Ом5%.

 Выбираем МЛТ-10Вт-12кОм5%.

Зададимся значением постоянной времени τ

 Выбираем МЛТ-10Вт-1,1кОм5%.

R13 выберем из условия

 Выбираем МЛТ-10Вт-9,1кОм5%.

Диоды VD1 и VD2 выбираем Д229А с параметрами

I_R=0,05 мА; U_Fmax=1B; I_Fmax=0,4 A; U_Rmax=200 B.

Расчёт ГПН

Зададимся значением  ёмкости  конденсатора  С3 ( С3 = 0,5мкФ,   конденсатор   К73-11 на 160В).

Найдём R11 из формулы

 откуда  Выбираем                       МЛТ-1Вт-140МОм5%.

Это удовлетворяет условию

Значение сопротивления резистора R14

 Выбираем МЛТ-1Вт-9,1кОм5%.

Значение сопротивления резистора R8 определим из соотношения

 откуда  Выбираем МЛТ-1Вт-3,9кОм5%.

  откуда  Выбираем МЛТ-1Вт-1,3кОм5%.

В качестве ОУ целесообразно выбрать К553УД2 ( I_DA=1мА).

Расчёт ноль – органа

Следуя условию  и , примем их равными .

Выбираем МЛТ-2Вт-10кОм5%.

В качестве ОУ целесообразно выбрать К553УД2 ( I_DA=1мА).

В качестве VD3 и VD4 выбираем Д229А с параметрами

I_R=0,05 мА; U_Fmax=1B; I_Fmax=0,4 A; U_Rmax=200 B.

 т.к. он необходим для защиты ОУ. Выбираем МЛТ-2Вт-10кОм5%.

Расчёт выходных устройств

  Выбираем МЛТ-2Вт-270Ом5%.

 

Выбираем МЛТ-2Вт-7,5кОм5%.

Блок АСР необходим для астатического регулирования и оптимизации динамических свойств электропривода.

Он представляет собой 2 последовательно соединённых ПИ-регулятора с обвязкой.

Возможная схема представлена на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 – Схема блока АСР