MК12_7
.pdf9.2. Защита преобразователя от внешних коротких замыканий
В зависимости от номинального напряжения сети и действующего значения сетевого тока I1д(Iдw1) выбирается коммутирующий аппарат Q1 (см. рис.2). При U1л = 380 V – это автоматический выключатель серии А3700 или другой серии [6], при U1л = 6; 10 kV – это масляный выключатель. Выключатель Q1 защищает установку при к.з. в сетевых или вен-
тильных обмотках преобразовательного трансформатора, а также при аварийных режимах в УВ. Поэтому выключатель должен иметь расцепитель максимального тока, тепловую защиту и независимый расцепитель. Для удобства коммутации целесообразно предусмотреть возможность дистанционного управления выключателем.
Автоматический выключатель Q2 служит для быстродействующей
защиты силовой схемы в аварийных режимах. Он служит в качестве устройства защиты преобразователя от внешних коротких замыканий и при опрокидывании инвертора. Он устанавливается в цепи нагрузки преобразователя. Это должен быть быстродействующий автоматический выключатель, например: А3700 или выключатели типа ВАТ. Собственное время размыкания в цепи с максимальным значением аварийного тока при индуктивности цепи 0,2 мГн не более 2 мс. Его выбор осуществляется в соответствии с [6].
Отключение автоматического выключателя осуществляется по сигналам от устройств индикации аварий.
Необходимо
По заданным параметрам разрабатываемого преобразователя выбрать автоматические выключатели и свести их параметры в таблицу.
9.3. Защита полупроводникового преобразователя от внутренних коротких замыканий
Защита преобразователя от внутренних коротких замыканий осуществляется специальными быстродействующими плавкими предохрани-
21
телями серии ПП57, которые устанавливаются в вентильных плечах преобразователя, последовательно с каждым защищаемым тиристором. Обычно максимальное значение напряжения U на предохранителе не превы-
шает полуторакратной величины амплитуды линейного напряжения вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, т.е. U fu max ≤ 1.5U2лm , что следует учитывать при выборе тиристора по напряжению.
Выбор плавкого предохранителя для защиты преобразователя от внутренних коротких замыканий производится по величине действующего тока IT RMS защищаемого тиристора в номинальном режиме работы и по
номинальному напряжению вентильного каскада.
Необходимо
1. По действующему току тиристора IT RMS и номинальному на-
пряжению вентильного каскада UdK выбрать предохранитель типа ПП57,
сведя его параметры в таблицу; 2. Проверить, соответствует ли класс выбранного тиристора по на-
пряжению максимально возможному по условиям работы предохранителей.
9.4. Перенапряжения в схемах полупроводниковых преобразовате-
лей
В полупроводниковых преобразователях различают следующие виды перенапряжений:
1.Коммутационные перенапряжения, возникающие в ходе коммутации тока из одного вентиля в другой; они являются следствием физических процессов, которые происходят в вентилях на интервале коммутации
иповторяются с частотой сети.
2.Перенапряжения, возникающие при оперативных переключениях преобразователя. Примером такого перенапряжения является перенапряжение, возникающее при отключении от питающей сети преобразовате-
22
ля, работающего на холостом ходу.
3.Перенапряжения, появляющиеся при отключении токов короткого замыкания в преобразователе.
4.Атмосферные перенапряжения, возникающие при ударе молнии
влинию электропередач, а также перенапряжения, связанные с подключением или отключением других потребителей к общему источнику питания.
Перенапряжения, появляющиеся в полупроводниковых преобразователях, могут привести к электрическому пробою вентилей, что в свою очередь может вызвать возникновение короткого замыкания. Поэтому защита вентилей полупроводниковых преобразователей от перенапряжений приобретает первостепенное значение.
9.5 Защита преобразователя от перенапряжений
Атмосферные перенапряжения устраняются с помощью разрядников, устанавливаемых на преобразовательных подстанциях на входах питающей воздушной линии.
Защита преобразователя (тиристоров) от коммутационных перенапряжений, возникающих на индуктивностях рассеяния обмоток преобразовательного трансформатора при обрыве обратного тока, а также от внешних перенапряжений, возникающих при включении и выключении преобразовательного трансформатора на холостом ходу, осуществляется с помощью варисторов, подключенных к вентильной обмотке преобразовательного трансформатора. Для разрабатываемого преобразователя, по рекомендации НИИ ХЭМЗ, можно выбрать варисторы типа СН2-2Г. Варисторы, защищающие тиристоры фаз преобразователя, соединяются по схеме «треугольник» (см. рис.2). Каждая сторона «треугольника» образуется двумя варисторами, соединенными последовательно.
Помимо защиты преобразователя, осуществляемой с помощью варисторов, для защиты тиристоров преобразователя от перенапряжений, возникающих на индуктивных делителях тока и на ошиновке преобразователя, параллельно каждому тиристору преобразователя подключаются RC– цепочки, параметры которых определяются по специальному алгоритму.
23
Необходимо
Для исследуемой схемы подобрать варисторы, сведя их параметры
втаблицу.
9.6.Определение параметров RС-цепей защиты от повторяющихся перенапряжений
При расчете повторяющихся перенапряжений необходимо пользоваться одной из методик, приведенных в [10].
На рисунке 4 представлена эквивалентная расчетная схема защитной RC-цепи,
Rэ |
Сэ |
|
Lэ |
K |
|
|
||
Io |
Eam |
|
+ |
||
|
Рисунок 4 – Эквивалентная схема защитной RC-цепи
В эквивалентной схеме
|
|
|
|
|
LЭ = 2(LS + LФ) , |
|
|
|
Eameк |
при m = 6 и m = 12 (последоват.) |
|
|
|
|
|||
где |
LФ = |
|
2Idн100π |
||
|
|
||||
|
Eameк |
|
при m = 12 (параллельн.) |
||
|
|
|
|
||
|
|
|
Idн100π |
||
|
|
|
|
||
индуктивность фазы преобразовательного трансформатора. Величины эквивалентных значений сопротивления Rэ
(23)
–(24)
иемкости
конденсатора Cэ RС-цепей зависят от силовой схемы и количества парал-
24
лельных ветвей в плече nnap [10]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для шестипульсной мостовой схемы: |
|
||||||||
Rэ |
= |
|
3 |
R |
1 |
, |
(25) |
||
5 |
|
|
|||||||
|
|
|
nnap |
|
|||||
Cэ |
= |
|
5 Cnnap . |
(26) |
|||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
||
В двенадцатипульсных схемах эквивалентные значения параметров |
|||||||||
RС-цепей рассчитываются так же как и в мостовых схемах – по (25), (26). |
|||||||||
Для определения начального тока I0 в расчетной схеме необходи- |
|||||||||
мо определить максимальную скорость коммутации тока |
|
||||||||
y = |
Eam |
. |
(27) |
||||||
|
|||||||||
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Э |
|
|
|
|
По скорости коммутации |
|
y и известной из каталога величине за- |
|||||||
ряда обратного восстановления выбранного типа тиристоров Qrr |
опреде- |
||||||||
ляется величина I0 : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I0 = |
|
2Qrr' |
y nnap . |
(28) |
|||||
С учетом конечного времени обрыва обратного тока тиристора и рекомбинации неосновных носителей в течение этого времени рекомендуется в соотношении (28) принять:
|
Q' |
|
Qrr |
|
. |
|
(29) |
||
|
|
|
|
||||||
|
rr |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Максимальная мощность потерь в резисторе RC-цепи определяется |
||||||||
из соотношения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
= 7 |
f |
|
CU 2 |
, |
(30) |
||
|
R max |
2 |
|
S |
|
1Л |
|
|
|
где |
fS – частота питающей сети, Hz; |
|
|
|
|
|
|||
|
C – емкость конденсатора RC-цепи, F; |
|
|
||||||
U1л – линейное напряжение вентильных обмоток, V.
Допустимый уровень повторяющихся перенапряжений необходимо принять в пределах:
25
|
|
|
UT max = (1,20 ÷1,35)Eam |
|
|
(31) |
|||
Расчет цепей производится с использованием кривых, представ- |
|||||||||
ленных на Рис. 5 и 6. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
U T |
(I0 R) = 1.3 |
1.2 |
1.1 |
1.0 0.9 0.8 |
0.7 |
0.6 |
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.36 |
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.32 |
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
0.28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.08 |
|
|
|
|
|
|
|
jβT |
|
|
|
|
|
|
|
|
βT |
-0.8 |
-0.4 |
0 |
0.4 |
0.8 |
|
1.2 |
1.6 |
|
2.0 |
|
|
Рисунок 5 – Зависимость |
U T |
от βT |
|
|
|
||
На Рис. 5, 6 приняты следующие обозначения:
U |
= |
U T |
= |
UT max − Ea max |
, |
(32) |
|
|
|||||
|
T |
Eam |
|
Eam |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
26 |
|
|
|
|
|
(I0 R) |
|
= |
I0 Rэ , |
|
|
|
(33) |
|
|
|
|
Eam |
|
|
|
|
|
|
|
βT = |
|
4Lэ − 1 . |
|
|
|
(34) |
|
|
|
|
Rэ2Cэ |
|
|
|
|
||
U T |
|
|
|
|
|
|
|
(I0 R) = 1.3 |
|
2.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.1 |
2.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.9 |
2.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.7 |
1.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.3 |
0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
jβT |
|
|
|
|
|
|
|
|
βT |
-1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
|
|
|
Рисунок 6 – Зависимость |
U T |
от βT |
|
|
|||
Алгоритм расчета RC-цепей:
1.По каталогу определяем заряд обратного восстановления тиристора Qrr (в кулонах).
2.По соотношениям (28), (29) и значению y из (27) вычисляем I0 .
27
3. |
Задаемся значением (I0 R) из диапазона |
0,8 ≤ (I0 R) ≤ 1,3 и по |
|||
соотношению |
|
|
|
|
|
|
Rэ |
= (I0 R) |
Eam |
|
(35) |
|
I0 |
||||
|
|
|
|
||
определяем значение Rэ . |
|
|
|
|
|
4. |
Зная величину (I0 R) , по кривым рис. 5, |
6 выбираем значение |
|||
βT , при котором UT < 0,3 .
5.По соотношению (34) определяем величину Cэ , соответствующую принятым значениям βT , Rэ и Lэ .
6.По соотношениям (25), (26) для шестипульсных и двенадцатипульсных схем рассчитываем параметры RC-цепи (величины R и С), шунтирующий тиристор.
7.Выбираем стандартные значения сопротивления резистора и емкости конденсатора, наиболее близкие в величинам R и С, полученным в п.6.
8.По соотношениям (25), (26) находим уточненные значения Cэ и
Rэ , соответствующие выбранным в 6 и 7 стандартным значениям сопротивления R и емкости С.
9.По (33) определяем новое (уточненное) значение (I0 R) , а по
(34)новое (уточненное) значение βT . По кривым рис. 5, 6 находим величину UT , соответствующую новым значениям (I0 R) и βT . Если вели-
чина UT ≤ 0,3 , переходим к п.10, если UT > 0,3 , переходим к п.3.
10.Определяем максимальную мощность, рассеиваемую в резисторе RC-цепи по соотношению (30).
11.Окончательно выбираем тип и величины сопротивления и рассеиваемой мощности резистора, тип, емкость и номинальное напряжение конденсатора.
Необходимо
1. По приведенному выше алгоритму для исследуемой схемы УВ
28
рассчитать величину сопротивления и ёмкости конденсатора защитной RC- цепи;
2. Выбрать стандартные значения сопротивления резистора и емкости конденсатора по справочнику и уточнить параметры защитной RC- цепи с учетом параметров реальных элементов.
При подготовке к сдаче курсового проекта уметь ответить на вопросы: как выполнить подключение RC-цепи к электродам тиристора; где целесообразно расположить элементы защиты от перенапряжений конструктивно; можно ли уменьшить мощность потерь в резисторах RС- цепей?
10. РАСЧЕТ ИНДУКТИВНОСТИ УРАВНИТЕЛЬНОГО РЕАКТОРА В ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ СХЕМАХ УПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ.
При работе параллельных схем УВ в установившемся режиме, средние значения напряжений двух вентильных групп равны между собой. Это равенство обеспечивается системой автоматического регулирования преобразователя. Возникновение уравнительного тока в контуре, образованном двумя параллельно соединенными мостами (см. рис.1в) и не включающими в себя сопротивление нагрузки, обусловливается неравенством мгновенных значений выпрямленных напряжений двух мостов вследствии сдвига по фазе между анодными напряжениями вентильных групп. Так как этот ток образован разностью переменных составляющих выпрямленного напряжения, он носит переменный характер. Потому для ограничения уравнительного тока используют индуктивные сопротивления (реакторы), включенные в контуры его протекания. Они не оказывают сопротивления постоянной составляющей тока нагрузки, протекающего в этих же контурах. В двенадцатипульсной схеме уравнительные реакторы могут быть одновременно использованы в качестве сглаживающих ток нагрузки.
Величину индуктивности уравнительного реактора находят для наихудшего, с точки зрения содержания высших гармоник в кривой выпрямленного напряжения, случая, соответствующего углу управления α = 90 эл. град. , по выражению
29
|
|
Eam sin |
π |
|
|
||
L |
= |
2mВГ |
, |
(36) |
|||
|
|||||||
|
|
||||||
УР |
|
2πfS iУ max |
|
||||
|
|
|
|||||
где mВГ – пульсность одной вентильной группы параллельного УВ; iУ max – амплитуда уравнительного тока.
Таким образом, при ограничении уравнительного тока на уровне 4 – 8% от номинального тока нагрузки для двенадцатипульсной параллельной схемы УВ из (36) можно записать
|
Eam sin |
π |
|
||
LУР |
12 |
|
. |
(37) |
|
|
|
||||
2πfS Idн(0.04 |
... 0.08) |
||||
Необходимо
1.Рассчитать индуктивность уравнительного реактора для ограничения уравнительного тока на уровне, заданном в техническом задании;
2.Из справочника [6] выбрать подходящие по номинальным параметрам уравнительные реакторы.
При подготовке к сдаче курсового проекта уметь ответить на вопросы: каковы причины возникновения уравнительного тока; по какому контуру он протекает; чем опасно наличие уравнительного тока в параллельной схеме УВ?
11. РАСЧЕТ СГЛАЖИВАЮЩЕГО РЕАКТОРА
Допустимое значение пульсаций тока нагрузки для всех вариантов в соответствии с таблицей Приложения 1 составляет 8 % от номинального тока нагрузки.
Такой уровень переменной составляющей тока допустим при работе УВ с номинальным напряжением и номинальным током на выходе и, чаще всего, обеспечивается установкой на выходе УВ дополнительного сглаживающего реактора (L–фильтра).
При расчёте сглаживающего реактора сначала необходимо опреде-
30