2.3. Проверка числа параллельно включенных вентилей по ударному току короткого замыкания

Ударный ток короткого замыкания определяется для режима глухого (металлического) короткого замыкания на шинах постоянного тока выпрямителя и для режима опрокидывания инвертора.

Максимальное значение ударного тока выпрямителя

i_уд.В=К_УI_m,

где I_m – амплитудное значение установившегося тока к.з., А;

К_У – ударный коэффициент, К_У=1,2…1,3.

Амплитудное значение установившегося тока к.з. выпрямителя можно определить по формуле

,

где U_2m – амплитудное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора;

Z_К – полное сопротивление цепи короткого замыкания.

Для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором»

, ;

для мостовой схемы , .

Индуктивное и активное сопротивление цепи к.з.

Х_а=Х_С+Х_ТР; R_a=R_С+R_TP,

где: Х_С, R_C – индуктивное и активное сопротивление сети;

Х_ТР, R_ТР – индуктивное и активное сопротивление трансформатора.

Численные значения сопротивлений Х_С, R_C, Х_ТР, R_ТР в Ом определяются по формулам:

; ;

; ;

где: U_2В – действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора, В;

u_КТ – напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

S_КЗ – мощность короткого замыкания, МВА;

S_1Н – номинальная мощность первичной обмотки трансформатора, кВА; S_1Н = S_1В;

Р_М – потери короткого замыкания трансформатора, Р_М=(0,006…0,008)S_1Н, кВА.

При прорыве инвертора ударный ток складывается из тока к.з. между фазами инвертора и работающего на рекуперацию локомотива. При этом в цепи ударного тока короткого замыкания инвертора оказывается включенным сглаживающий реактор РБФА-6500/3250 индуктивностью 4,5 мГ с индуктивным сопротивлением X_d=2,82 Ом и активным R_d=0,008 Ом.

Максимальное значение ударного тока прорыва инвертора определяется по формуле, одинаковой для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором» и для мостовой схемы:

,

где: U_2И – действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора в режиме инвертора, В;

f=50 Гц – частота питающей сети;

t – время отключения аварийного тока быстродействующим выключателем, с; t=0,07…0,1 с.

Число параллельно включенных вентилей по ударному току короткого замыкания:

выпрямителя ,

инвертора ,

где К_Н – коэффициент неравномерного деления тока между параллельно включенными вентилями, К_Н=1,1…1,2;

I_УД – максимально допустимое значение ударного тока заданного диода или тиристора, А, взять из справочника [2-4] или из приложения 1.

Полученные значения а_2В и а_2И округляют до целого в большую сторону.

Для мостовой схемы преобразователя из двух значений а_1В, а_2В выбирают наибольшее для выпрямителя и обозначают а_В, из двух значений а_1И а_2И выбирают наибольшее для инвертора и обозначают а_И.

Для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором», в которой применяется общая тиристорная группа (для снижения общего числа тиристоров в преобразователе) из четырех значений а_1В, а_2В, а_1И, а_2И выбирают наибольшее и принимают а_В = а_И, равное этому значению.

3. Расчет числа последовательно включенных вентилей

Количество последовательно включенных вентилей зависит от максимального обратного напряжения вентильного плеча U_b.max с учетом перенапряжений, возникающих в схеме преобразователя, и от класса применяемого вентиля. Из практических соображений рекомендуется применение вентилей не ниже 6 и не выше 16 класса (U_П=600…1600 В).

Максимальное обратное напряжение вентильного плеча определяется:

для выпрямителя по схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором»

U_b.max.В = 2,091,17U_2В;

для мостового выпрямителя U_b.max.В = 1,052,34U_2В;

для инвертора по схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором»

U_b.max.И = 2,091,17U_2И;

для мостового инвертора U_b.max.И = 1,052,34U_2И.

Число последовательно включенных вентилей определяется отдельно для выпрямительного и инверторного режимов по повторяющемуся и неповторяющемуся обратному напряжению для нелавинных вентилей и только по повторяющемуся для лавинных.

Число последовательно включенных вентилей по повторяющемуся обратному напряжению:

для вентильного плеча выпрямителя

; (3.1)

для вентильного плеча инвертора

; (3.2)

Число последовательно включенных вентилей по неповторяющемуся обратному напряжению:

для вентильного плеча выпрямителя

; (3.3)

для вентильного плеча инвертора

; (3.4)

где: К’_Н – коэффициент неравномерности распределения напряжений между последовательно включенными вентилями; К’_Н=1,1…1,15 для нелавинных вентилей; К’_Н=1 – для лавинных;

U_C – возможные отклонения напряжения в питающей сети, % (из задания);

К_П – коэффициент повторяющихся перенапряжений (из задания);

К_НП – коэффициент неповторяющихся перенапряжений (из задания);

U_П – повторяющееся обратное напряжение для выбранного класса заданного вентиля, В; U_П=к100; (приложение 1)

U_НП – неповторяющееся обратное напряжение для выбранного класса заданного вентиля, В; U_НП=1,16 U_П.

Полученные значения b_1В, b_2В, b_1И и b_2И округляют до целого в большую сторону.

Для мостовой схемы преобразователя из двух значений b_1В, b_2В выбирают наибольшее для выпрямителя и обозначают b_В, из двух значений b_1И b_2И выбирают наибольшее для инвертора и обозначают b_И.

Только для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором», в которой применяется общая тиристорная группа (для снижения общего числа тиристоров в преобразователе), сначала из двух значений b_1В, b_2В выбирают наибольшее для выпрямителя и обозначают b_В, затем из двух значений b_1И b_2И выбирают наибольшее для инвертора и обозначают b_И. Затем число последовательно соединенных тиристоров необходимо разделить на выпрямительную, инверторную и общую группы.

Для этого необходимо определить U_b.max= U_b.max.И - U_b.max.В, и по величине U_b.max определить число тиристоров выпрямительной группы b_ВС по формуле (3.1) для лавинных тиристоров или по формулам (3.1 и 3.3) для нелавинных.

Затем определяют число тиристоров в общей группе

b_o=b_В-b_ВС

и в инверторной группе

b_ИС=b_И-b_о

где: b_ВС – общее число тиристоров выпрямительной группы;

b_ИС – общее число тиристоров инверторной группы.