2. Расчетная часть

2.1. Выбор вентиля по току и напряжению

1. Особенности работы вентилей в схемах выпрямителей

Практически все преобразователи имеют в своем составе выпрямитель - устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное. Основными элементами выпрямителя являются трансформатор и вентили , с помощью которых обеспечивается одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее. Выпрямители бывают однофазными и многофазными, регулируемыми и нерегулируемыми. В регулируемых выпрямителях в качестве вентилей используют тиристоры, а в нерегулируемых - диоды.

На рис.2.1 - рис.2.3 приведены основные схемы выпрямителей, используемые в электротехнологических установках.

Рис.2.1. Схема однофазного мостового выпрямителя и форма тока через вентиль

Рис. 2.2. Схема трехфазного мостового выпрямителя и форма тока через вентиль

Рис. 2.3. Схема трехфазного кольцевого выпрямителя и форма тока через вентиль

Для выпрямления однофазного напряжения в установках малой и средней мощности наиболее часто используют мостовую схему (рис.1). Трехфазная мостовая схема используется для выпрямления напряжений свыше 100В на токи до 1000А. Кольцевая схема чаще применяется в низковольтных выпрямителях с напряжением до 100В на токи до 25000 А.

Основными параметрами выпрямителей являются средний ток нагрузки I_d и среднее выпрямленное напряжение U_d. Средний ток вентиля I_FAV и амплитудное значение напряжения на вентиле U_RM определяется типом схемы выпрямителя и связаны с параметрами I_d и U_d коэффициентами схемы по току и напряжению К_СТ и К_СН соответственно. Значения коэффициентов схемы и приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Коэффициенты схемы по току и напряжению

	Однофазная мостовая	Трехфазная мостовая	Кольцевая
КСТ	1/2	1/3	1/6
КСН	1,57	1,05	2,09

Работа силовых вентилей, особенно в схемах мощных выпрямителей, сопровождается значительными тепловыми потерями, приводящими к перегреву как самих вентилей, так и окружающих их элементов схемы. Поэтому от правильного выбора вентилей по току и напряжению, расчета их теплового режима во многом зависит надежная работа выпрямителя, а значит и всей технологический установки в целом.

2.1.2. Выбор типа вентиля по току.

Для правильного выбора вентиля по току необходимо знать среднее значение тока через эквивалентный вентиль схемы I_В . Под эквивалентным вентилем в данном случае подразумевается либо одиночный вентиль, либо групповое (параллельное или последовательное) соединение вентилей.

Среднее значение тока вентильного элемента зависит от схемы выпрямителя и определяется выражением:

I_В = К_СТ I_d,

где К_СТ - коэффициент схемы по току.

Если вентильный элемент содержит один вентиль, то средний ток вентиля будет равен I_AV = I_В.

Величина среднего тока вентиля не должна превышать максимально допустимого среднего прямого тока (предельного тока) I_AV < I_AVm.

• Таким образом, тип вентиля определяется по величине среднего тока вентиля для данной схемы выпрямителя.

При выборе типа вентиля необходимо учитывать, что реальная нагрузочная способность вентилей по току I_AVm на 20 - 60 % ( в зависимости от способа охлаждения) меньше предельно допустимого тока, величина которого указывается при маркировке. Поэтому выбор вентиля целесообразно производить по таблицам "Рекомендуемые охладители и нагрузочная способность вентилей", например таблица 11.12 на стр. 205 в [8], соблюдая условие I_AV I_AVm.

Если не удается выбрать вентиль, удовлетворяющий данному условию, необходимо использовать параллельное соединение вентилей. Количество параллельно включенных вентилей определяется округлением в большую сторону значения, полученного по формуле:

N_пар = ,

где I_AVm - рекомендуемое значение тока вентиля.

При этом средний ток вентиля будет равен:

I_AV = ,

где К_НТ = 1,2 - коэффициент, учитывающий неравномерную загрузку по току параллельно включенных вентилей.

Произведенный таким образом выбор типа вентиля является приближенным. Правильность выбора проверяется в дальнейшем расчетом температуры полупроводниковой структуры.