3.1. Расчет общего числа вентилей преобразовательного агрегата

Общее число вентилей преобразовательного агрегата складывается из вентилей выпрямителя и инвертора. Для схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором», в которой применяется общая тиристорная группа, общее число тиристоров определяется по формуле:

N=П(а_Вb_ВС+ а_Иb_ИС+ а_оb_о).

Для мостовой схемы отдельно рассчитывается число вентилей выпрямителя и инвертора по формулам:

для выпрямителя N_В=Па_Вb_В; для инвертора N_И=Па_Иb_И,

где: П=6 – число плеч шестипульсового преобразователя.

4. Разработка силовой схемы

Для надежной работы преобразователя необходимо обеспечить равномерное распределение токов по параллельно включенным вентилям и обратных напряжений между последовательно включенными вентилями.

4.1. Выбор устройств выравнивания тока

Несовпадение прямых ветвей вольтамперных характеристик вентилей приводит к неравномерному распределению токов между параллельно включенными вентилями. Для выравнивания токов применяются индуктивные делители тока (ИДТ). Схема включения ИДТ зависит от числа параллельно включенных вентилей (замкнутая кольцевая или схема с задающим вентилем) [1, 5].

При большом числе последовательно включенных неуправляемых вентилей (диодов) (b>3) в выпрямителях ИДТ не применяют, а для повышения надежности увеличивают число параллельно включенных вентилей на 15…25%.

Для управляемых вентилей (тиристоров) как в выпрямителе, так и в инверторе обязательно применяют ИДТ.

4.2. Расчет шунтирующих резисторов и конденсаторов для выравнивания обратного напряжения

Из-за разности обратных токов вентилей происходит неравномерное распределение напряжения между последовательно включенными вентилями. Это может привести к поочередному пробою вентилей в вентильном плече или самопроизвольному открыванию тиристоров. Для выравнивания напряжения между последовательно включенными вентилями параллельно им включают шунтирующие резисторы R_Ш и резистивно-емкостные цепи R_ВC_В [1, 5].

Сопротивление шунтирующего резистора

,

где: b – число последовательно включенных вентилей в вентильном плече (b_В или b_И);

U_П – повторяющееся напряжение применяемого вентиля, В;

U_b.max – максимальное обратное напряжение на вентильном плече (U_b.max.В или U_b.max.И);

а – число параллельно включенных вентилей в вентильном плече (а_В или а_И);

I_{обр. max} – максимальное значение обратного тока вентиля, А (приложение 1).

R_Ш необходимо рассчитать два раза – для выпрямителя R_Ш.В и для инвертора R_Ш.И. Полученный результат следует округлить до ближайшего меньшего стандартного значения из ряда Е12 (1; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2).

При работе шунтирующие резисторы нагреваются. Мощность, рассеиваемую на шунтирующем резисторе, можно определить по формуле:

для выпрямителя , для инвертора .

В качестве шунтирующих резисторов применяют проволочные эмалированные влагостойкие резисторы ПЭВ (С5-35В), имеющие ряд мощностей: 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 75 и 100 Вт. Если рассеиваемая мощность получилась более 100 Вт, следует применять последовательное соединение резисторов для достижения необходимой мощности.

В результате расчёта и выбора шунтирующих резисторов стандартное значение записывается согласно ГОСТ 2825-67 и ГОСТ 10318-80 - ПЭВ-50 3,9 кОм, что означает мощность резистора 50 Вт, сопротивление 3,9 кОм.

Из-за разности зарядов восстановления обратного сопротивления закрывающихся вентилей может быть неравномерное распределение обратного напряжения в момент коммутации вентильных токов. Для выравнивания этого обратного напряжения применяют резистивно-емкостные цепи R_ВC_В. Для лавинных вентилей цепи R_ВC_В не применяют.

Емкость конденсатора

, [мкФ]

где:Q_В – наибольшая возможная разность зарядов восстановления, Кл; следует принять Q_В=0,1Q_В (приложение 1).

Полученный результат следует округлить до ближайшего большего стандартного значения из ряда Е12 (1; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2).

Рабочее напряжение конденсатора

.

Применяются конденсаторы МБГЧ (металлобумажные, герметизированные, частотные) с рабочими напряжениями 500, 750, 1000 и 1500 В.

В результате расчёта и выбора выравнивающих конденсаторов стандартное значение записывается согласно ГОСТ 10318-80 - МБГЧ 1 мк х 500В, что означает емкость конденсатора 1 мкФ, рабочее напряжение 500 В.

Сопротивление резистора R_В, включенного для ограничения тока через конденсатор С_В, определяется приближенно как R_В=(10…20)/а, [Ом]. Мощность резистора R_В выбирается 10…15 Вт.

По результатам расчета необходимо нарисовать схему вентильного плеча выпрямителя с устройствами выравнивания тока и напряжения.

Рис. 3, а. Схема вентильного плеча выпрямителя по мостовой схеме