2.5 Расчёт и выбор элементов защиты тиристорного преобразователя от токов короткого замыкания и перенапряжений

Для уменьшения перенапряжений в первом случае используются RC–цепочки, шунтирующие вентили. Значение емкости в этом случае выбирается равным С = 1 – 2 мкФ ( принимаем С = 1 мкФ), а сопротивление с учетом соотношения

, (2.7)

где L – индуктивность коммутационного контура, Гн;

С – выбранное значение емкости защитной цепочки, Ф.

Индуктивность коммутационного контура, Гн:

L = 2∙L_тр,

L =

Определяем левую и правую части неравенства (2.7):

,

.

Принимаем R = 15 Ом.

Для защиты тиристорного преобразователя от внешних непериодических коммутаций можно использовать защитные RC–цепочки, включение которых осуществляется по варианту рисунка 2.2.

Рисунок 2.2 – Узел внешней защиты от перенапряжений

Значение емкости определяется по формуле:

,

где m₂ – число фаз;

I_μ2 – действующее значение намагничивающего тока, приведенного к вторичной цепи, для стандартных трансформаторов это значение может быть принято равным 3 – 7 % от номинального тока вторичной обмотки трансформатора (принимаем I_μ2 = 0,05∙ I_2н), А;

ω – круговая частота питающей сети, с^-1;

а – коэффициент, определяющий отношение амплитудного значения выпрямленного напряжения к действующему значению фазного напряже­ния;

К – коэффициент запаса.

Коэффициент запаса:

,

где U_мв – максимальное мгновенное напряжение, прикладываемое к вен­тилям при перенапряжениях (это значение не должно превосходить значения допус­тимого неповторяющегося напряжения тиристоров);

U_vm – максимальное расчетное обратное напряжение схем преобразователя.

,

.

Рассчитаем значение емкости, Ф:

Входящие в схему защиты сопротивления (см. рисунок 2.2) опреде­ляем из следующих условий, Ом:

(2.8)

. (2.9)

где I_a – ток на выходе выпрямителя защитной цепочки.

Ток на выходе выпрямителя защитной цепочки, А:

, (2.10)

где Е_2ф – действующее значение фазной ЭДС обмотки силового трансфор­матора, В.

.

Принимаем R₁ = 6 Ом.

Значение сопротивления R₂ определим, используя выражения (2.9) и (2.10). Подставляя выражение (2.10) в неравенство (2.9) и решая его относительно R₂, получаем:

,

.

Принимаем R₂ = 4 Ом.

Определим мощность для резисторов R₁, R₂ и напряжение для конден­сатора С₁. Для определения мощности выделяемой в резисторе R₁ расчетам ток на выходе выпрямителя защитной цепочки по соотношению (2.10).

.

Мощность, выделяемая на резисторе R₁, кВт:

,

.

Мощность, выделяемая на резисторе R₂, кВт:

,

.

Определим напряжение используемого конденсатора С_1, В:

Выберем резисторы OHMEGA UT, имеющие мощность от 1,2 -100 кВт.

Выберем конденсаторы серии AFC3, имеющие емкости 4-332 мкФ, и рассчитанные на напряжения до 1700 В.

3 Расчёт основных характеристик тиристорного преобразователя

3.1 Расчёт регулировочной характеристики

Регулировочную характеристику E_d = f(α) для тиристорного преобразователя в зоне непрерывного тока строим на осно­вании соотношения:

Е_d = E_do ∙ cos α,

Е_d = 552,9 ∙ cos α.

Регулировочная характеристика представлена на рисунке 3.1.

При известной характеристике E_d = f(α) необходимо построить гра­фик выпрямленного напряжения на якоре двигателя при номинальном токе нагрузки (I_н = I_dн) в функции изменения α пo соотношению:

U_яд = E_do ∙ cos α – I_я∙R_вn,

где R_вn – сопротивление цепи выпрямленного тока, за исключением сопро­тивления якорной цепи электродвигателя.

Сопротивление цепи выпрямленного тока, Ом:

R_вn = n∙ R_тр + R_k + R_y,

где R_тр – активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к цепи выпрямленного тока, Ом;

R_k – коммутационное сопротивление, Ом;

R_y – сопротивление уравнительного реактора, Ом.

Активное сопротивление обмоток трансформатора определяется соотношением, Ом:

,

где – потери короткого замыкания, Вт:

Определяем коммутационное сопротивление, Ом:

R_k = .

где р – число пульсаций;

х_тр – приведённое к вторичной цепи индуктивное сопротивление фазы преобразовательного трансформатора.

Приведённое к вторичной цепи индуктивное сопротивление фазы трансформатора:

х_тр = ω ∙ L_тр ,

х_тр = 314,2∙7,75∙10^-5=0,024.

R_k = .

Сопротивление уравнительного реактора определяется соотношением:

R_y ≈ (0,1 – 0,2) .

Здесь сопротивление определяется по формуле, Ом:

= ,

где – сопротивление якорной цепи двигателя, Ом;

– сопротивление щеточного контакта, Ом.

Сопротивление щеточного контакта определяется соотношением, Ом:

,

где ∆U = 2 – падение напряжения, В.

.

= .

Сопротивление уравнительного реактора, Ом:

R_y = 0,1∙ ,

R_y = 0,1∙ 0,057 = 5,7∙10^-3.

Сопротивление цепи выпрямленного тока, Ом:

R_вn = 5,7∙10^-3 + 0,023 +5,7∙10^-3 = 0,034.

Тогда уравнение выпрямленного напряжения на якоре двигателя будет иметь вид, В:

U_яд = 552,9 ∙ cos α – 490∙0,034,

U_яд = 552,9 ∙ cos α – 16,7.

Гра­фик выпрямленного напряжения на якоре двигателя представлен в одних координатах с регулировочной характеристикой на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Регулировочные характеристики