3. Расчет токов короткого замыкания.

При работе выпрямителя возможны внутренние короткие замыкания при повреждении СПП в плечах и внешние короткие замыкания: на шинах переменного тока, на шинах выпрямленного тока, короткое замыкание в контактной сети у ЭПС. Самое опасное для силовых полупроводниковых приборов шестипульсового выпрямителя, это короткое замыкание выпрямленного моста.

Для правильного выбора полупроводниковых приборов, чтобы не было короткого замыкания выпрямительного моста, необходимо выполнить расчеты токов короткого замыкания на шинах выпрямленного напряжения моста. Для этого составляется расчетная схема замещения рис.2.

Параметры схемы замещения и приводятся к напряжению вторичной обмотки преобразовательного трансформатора.

(10)

где - сопротивление питающей сети, Ом, если это сопротивление не задано, то можно принять его равным ;

- сопротивление обмоток преобразовательного трансформатора, Ом;

(11)

-напряжение короткого замыкания, %.

Эквивалентное анодное активное сопротивление одной фазы, приведенное ко вторичной обмотке, определяется выражением:

(12)

где - активное сопротивление обмоток трансформатора, определяемое из опыта короткого замыкания, Ом;

- приведенное активное сопротивление питающей сети, Ом, можно принять равным /2;

, (13)

- потери короткого замыкания преобразовательного трансформатора, кВт.

Эквивалентный треугольник приводим к эквивалентной звезде:

Амплитуда периодической составляющей тока короткого замыкания:

(14)

Максимальные значения тока короткого замыкания в плече выпрямителя (рис.3) не превышают двойной амплитуды тока короткого замыкания, т.е. ударный коэффициент k<=2. По истечении интервала 3r=3La/Ra установившийся ток короткого замыкания становится синусоидальным и диоды загружаются синусоидальными полуволнами тока.

(15)

где - ударный коэффициент

5,1

Рис. 3. Графики мгновенных значений аварийных токов наиболее загруженного плеча трехфазного мостового выпрямителя

4. Выбор типа диода и разработка соединения схемы плеча преобразователя.

4.1. Выбор типа диода.

Выбор диода производиться по двум параметрам:

• предельный ток диода

• максимальное обратное повторяющееся напряжение

Так как СПП имеют низкую перегрузочную способность, то при расчете необходимо рассмотреть три режима работы тягового преобразователя:

1. режим длительной нагрузки

2. режим рабочий перегрузки но не чаще чем через каждые

3. режим аварийной перегрузки

В расчете определяем число параллельных (а) СПП для перечисленных выше режимов, а затем принимаем наибольшее из них и округляют его до большего целого числа, если дробная часть превышает 0,1.

На основании выше указанных значений, выбираем для расчета диод Д253-1600 с охладителем О153-150.

Характеристики диода:

• максимальное обратное напряжение

• предельный ток диода

• ударный повторяющийся ток

• пороговое напряжение

• дифференциальное сопротивление

• тепловое сопротивление структура-контур

• тепловое сопротивление корпус-охладитель

• тепловое сопротивление охладитель – окружающая среда при естественном охлаждении и температуре воздуха

• максимальная допустимая температура полупроводниковой структуры

• наибольшая возможная разность зарядов восстановления последовательно включенных приборов

• переходное тепловое сопротивление за время соответствующее эквивалентному прямоугольному импульсу мощности (t=6мс)

• переходное тепловое сопротивление переход корпус за время τ=6 мс (соответствует 120 эл. град.)

• переходное тепловое сопротивление переход корпус за период Т=20 мс

• переходное тепловое сопротивление цепи структура-корпус, за время перегрузки tx=100c

Расчет предельного тока по формуле нагрузочной способности:

(16)

где: - установившееся тепловое сопротивление цепи полупроводниковая структура -

охлаждающая среда,

- температура окружающей среды, ;

- коэффициент формы тока, .

;

Находим число параллельных СПП в плече в общем случае определяется из соотношения:

(17)

где: - ток плеча преобразователя для соответствующего режима его работы (в режиме длительной нагрузки , в режиме кратковременной перегрузки для режима аварийной перегрузки ток плеча принимается равным амплитуде тока короткого замыкания), А;

- предельный ток диода, А;

- коэффициент нагрузки или коэффициент использования приборов по току в зависимости от длительной перегрузки:

(18)

- коэффициент, учитывающий снижение предельного тока из-за повышенной температуры охлаждающей среды, если не оговорены условия охлаждения, то

- коэффициент перегрузки в различных режимах;

- среднее значение тока перегрузки. В режиме длительной нагрузки этот ток равен предельному току ,который вычисляется по формуле (16). Для режимов рабочей и аварийной перегрузок ток рассчитывается по формулам (19) и (21) соответственно.

- коэффициент неравномерности распределения тока в параллельных ветвях. При проектировании допускают неравномерность распределения тока 10%, что соответствует

,

Округляя до наибольшего, получаем

Режим рабочей перегрузки для полупроводниковых приборов учитывается в том случае, если длительность перегрузки не превышает 100с:

(19)

где: - одно из значений температуры структуры при кратности нагрузки , предшествовавшей режиму перегрузки, обычно принимается по условиям эксплуатации

– коэффициент скважности импульсов прямого тока;

- одно из значений потерь мощности:

(20)

Примем тогда:

В режиме аварийной перегрузки при и времени перегрузки (один полу период при частоте ) ток перегрузки определяется:

(21)

Округляем до наибольшего, получаем

На основании сравнения расчета для номинального режима , режима рабочей перегрузки и аварийного режима принимаем максимальное число параллельных ветвей