2. Выбор элементов вентильной части преобразователя

1. Предварительный выбор тиристоров

Максимальная величина обратного напряжения, прикладываемого к тиристору, U_{a max} определяется при максимальном напряжении сети U_{c max}. Для трехфазной мостовой схемы

(2.1)

Импульсное рабочее напряжение тиристора в закрытом состоянии U_DWM и импульсное рабочее обратное напряжение U_RWM должно быть больше U_{a max} (условие 1). Значений U_DWM и U_RWM связаны с повторяющимися импульсным напряжением в закрытом состоянии - U_DRM и повторяющимся импульсным обратным напряжением U_RRM соотношениями:

U_DWM=0.8U_DRM ∙U_RWM = 0.8U_RRM (2.2)

Перенапряжения, возникающие при коммутации вентилей, могут превосходить импульсное рабочее напряжение в закрытом состоянии и импульсное рабочее обратное напряжение, но они должны быть меньше повторяющегося импульсного напряжения в закрытом состоянии и повторяющегося импульсного обратного напряжения. Для ограничения этих перенапряжений тиристоры шунтируют RС - цепочками.

При сгорании предохранителей, защищающих тиристоры, на них возникают перенапряжения, которые прикладываются к тиристорам. Максимальное напряжение на тиристоре Uа пер при этом достигает (1,5. ..2)Uа mах .

Неповторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии U_DSM и неповторяющееся импульсное обратное напряжение U_RSM должны с коэффициентом запаса К_S=(1,2..1,4) превышать напряжение Uа пер (условие 2)

U_DSM = U_RSM =(1.5... 2)К_S U_{a max} (2.3)

Значения неповторяющихся импульсных напряжений U_DSM и U_RSM связаны со значениями повторяющихся импульсных напряже­ний U_DRM и U_DRM коэффициентами, определяемыми заводами- изготовителями :

U_DSM=K_HEЛ U_DRM; U_RSM = K_HEЛ U_RRM (2.4)

При выполнении контрольной работы можно принять К_НЕЛ = 1,12 для нелавинных приборов и К_НЕЛ=1,2 для лавинных. Перенапряжения возникают в тиристорных преобразователях и при отключении трансформаторов на холостом ходу. Для защиты от них на входе тиристорного моста со стороны переменною

напряжения включаются дополнительные RС - цепочки или вентильно - конденсаторные схемы.

Тип тиристоров определяется по току. Поскольку до­пустимые перегрузки тиристоров весьма кратковременны, то в пов­торно-кратковременных режимах тиристоры обычно выбираются по максимальному току перегрузки. Если режим работы длительный, а перегрузки очень редкие и кратковременны, то возможен выбор ти­ристоров по длительному току. Окончательно тип тиристора принимается после его проверки на нагрев.

Максимально допустимый средний ток характеризует нагрузочную способность тиристоров. В зависимости от условий работы различают:

а) предельный ток I_TAvm (максимально допустимый средний ток при заданной температуре корпуса Тс)- среднее за период значение прямого тока, протекающего через тиристор, работающий в однофазной однонолупериодной схеме выпрямления с активной нагрузкой при частоте 50 Гц, синусоидальной форме тока с углом проводимости 180°, когда при установившемся тепловом состоянии температура корпуса Тс равна заданному значению, а температура перехода Tj равна максимально допустимой T_jm; этот ток определяет, тип тиристора;

6) максимально допустимый средний ток при заданных условиях работы. Максимально допустимый средний ток при заданных условиях работы I_TAV связан с предельным током I_{TAV м} рядом коэффициентов, учитывающих эти условия:

I_{TAV м} = K_λK_fK_TK_VI_TAVm (2.5)

где K_λ- коэффициент, учитывающий отличие угла проводимости от 180 эл. град, и отличие формы тока от синусои­дальной; при прямоугольной и трапецеидальной фор­ме тока с углом проводимости, близким 120 эл. град., можно принять K_λ= 0,8;

K_f - коэффициент, учитывающий влияние частоты; при час­тоте 50 Гц K_f= 1;

К_Т -коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды Т_а ; при Т_а ≤40° можно принять К_т=1;

K_v - коэффициент, учитывающий скорость охлаждающего воздуха; при номинальной скорости K_v =1, при естественном охлаждении без обдува K_v снижается до 0,25. ..0,4.

Зная требуемый ток тиристора в режиме перегрузки, можно используя указанные коэффициенты, найти предельный ток I_{TAV м} и предварительно выбрать тип тиристора.

Если тиристоры на заданные параметры отсутствуют, то приходится идти на последовательное и параллельное соединение тиристоров. Для улучшения распределена напряжений по последовательно включенным тиристорам применяют шунтирующие элементы: сопротивления и RС- цепочки. Неравномерность деления напряжения характеризуется коэффициентом К_н. Для улучшения распределения токов по параллельно включенным тиристорам устанавливают делители тока, реакторы или применяют подбор тиристоров.

Неравномерность деления токов характеризуется коэффициентом К_в. При хороших делителях К_в = 1,05... 1,1.

При параллельном соединении n_в вентилей ток через вентиль

(2.6)

Средства для распределения напряжений и токов в контрольной работе не выбираются и не рассчитываются.

Пример расчета.

Максимальное обратное напряжение в соответствии с (2.1)

В

Импульсное рабочее напряжение тиристора в закрытом состоянии и импульсное рабочее обратное напряжение должно быть больше U_{a max} :

U_DWM=U_RWM > 319 В

Тогда повторяющееся импульсное напряжение в закрытом сос­тоянии и повторяющееся импульсное обратное напряжение в соответствии с формулой (2.2)

U_drm = U_rrm = 319/0,8 = 399 В ≈ 400 В

Таким образом, по условию 1 можно выбрать тиристоры четвер­того класса.

Неповторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии и неповторяющееся импульсное обратное напряжение в соответствии с формулой (2.3) для условия 2

U_DSM = U_rsm = (1.5...2) K_s∙U_{a max} = 2∙1.3∙319 = 829 В.

Тогда по формуле (2.4) повторяющееся импульсное напряжение для нелавинных приборов.

U_drm = U_RRM = 829/1,12 = 740 В

Округлив это значение в большую сторону, с учетом условий 1 и 2 по Приложению 2 окончательно примем тиристоры восьмого класса.

Средний ток вентиля при перегрузке

А

Требуемый предельный ток с учетом формулы (2.5)

А

I_{TAV м} = K_λK_fK_TK_VI_TAVm

Предварительно по Приложению 2 выбираем тиристор типа Т143-630-8 с охладителем типа 0243-150, имеющий параметры, приведенные в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Параметры теристоров

Наименование параметра и обозначение	Единица измерения	Значение
Предельный ток	A	630
ITAV м (температура корпуса Тс= 85°С, угол проводимости λ= 180°, f= 50 Гц)
Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии ITSM при максимально допустимой температуре перехода Ijm	кА	12
Максимально допустимая температура перехода Тjm	̊C	125
Пороговое напряжение Uт(то)	В	1,0
Дифференциальное сопротивление в открытом состоянии rт	мОм	0,43