Устройства силовой электроники. Учебное пособие

По паспортным данным реактора определяют его параметры. Если в каталоге необходимые данные отсутствуют, то их можно оценить по приближенным соотношениям:

где xp % (4 6) % – относительное значение индуктивного сопро-

тивления анодного реактора;

UКЗp % (5 8) % – напряжение КЗ реактора, причем, чем на больший ток выполнен реактор, тем меньше величина UКЗp %.

В дальнейших расчетах используются параметры Ха, Rа, т. е. ре-

активное и активное сопротивления анодной цепи вентиля, под которыми, в зависимости от принятого варианта подключения преобразователя к сети (через трансформатор или через анодный реактор), подразумеваются либо приведенные к вторичной обмотке сопротивления одной фазы трансформатора, либо сопротивления анодного реактора.

Таблица 5

Технические характеристики анодных реакторов

Расшифровка обозначения анодного реактора РС-25/1,9 из табл. 5: РС – реактор сухой; 25 – номинальный выпрямленный ток 25 А; 1,9 – относительный реактанс реактора 1,9 %.

61

4.1.2. Расчет катодного дросселя

Пульсации выпрямленного напряжения приводят к пульсациям выпрямленного тока, которые вызывают нежелательные дополнительные потери у потребителя (например, активные потери в цепи электролиза, ухудшение коммутации двигателя и его нагрев и т. д.). Одним из способов ограничения пульсаций тока является включение в цепь нагрузки катодного дросселя.

В симметричных мостовых и нулевых схемах амплитудные значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения Ud (n)m

связаны с его средним значением Ud 0 следующим выражением:

симметричной мостовой p 2m2 ).

В симметричной мостовой и нулевой схемах наибольшую амплитуду имеют основные гармоники (k = 1). Амплитуды гармоник более высокой кратности значительно меньше, а действие катодного дросселя на них эффективнее, поэтому расчет ведется только по основной гармонике. При работе управляемого выпрямителя амплитудные значения

пульсаций Ud (n)m рассчитываются исходя из номинального режима

работы выпрямителя при 30 .

Необходимая индуктивность цепи протекания выпрямленного тока может быть определена по формуле

где 1% – допустимое значение основной гармоники тока (2 %);с 2 fс – круговая частота сети.

62

Требуемая индуктивность сглаживающего дросселя:

Lдр L Lа Ld ,

где Lа X а / с – приведенное значение индуктивности рассеяния

фазы трансформатора или анодного реактора (поскольку в мостовой схеме ток проводят одновременно два вентиля, то для нее эта величина удваивается);

Ld – индуктивность цепи нагрузки, для варианта с актив-

но-индуктивной нагрузкой ее величина задана в исходных данных, а для ДПТ ее можно приближенно определить по следующей формуле:

где k – коэффициент, равный 0,5, для некомпенсированных машин и 0,25 – для компенсированных машин;

рдв – число пар полюсов двигателя;

Uном, Iном, nном – номинальные данные ДПТ.

По расчетной величине индуктивности (Lдр) и номинальному то-

ку (Id ном) выбирается катодный дроссель (табл. 6).

Если по расчету получается отрицательная величина индуктивности дросселя Lдр, то это свидетельствует о том, что при принятом уровне

пульсаций катодный дроссель не нужен. В этом случае необходимо определить действительный уровень пульсаций тока первой гармоники

в нагрузке 1% с учетом имеющихся индуктивностей (L Lа Ld )

с использованием вышеприведенной формулы.

Если подходящего дросселя найти не удалось, то можно задать его номинальные параметры, по которым он будет изготовлен.

Таблица 6

Технические характеристики сглаживающих дросселей

63

4.1.3. Расчет и выбор тиристоров

Выбор тиристоров производится по следующим параметрам:

–по среднему току в открытом состоянии через тиристор Iос.ср;

–по повторяющемуся импульсному обратному напряжению Uобр.m ;

–по ударному неповторяющемуся току воткрытом состоянии Iос.уд. Средний ток через тиристор определится соотношением

Iа.ср aId max ,

где Id max – максимальный ток в нагрузке, Id max Id ном;– перегрузочная способность ДПТ (2…2,5);

а – коэффициент участия тиристора в работе (для трехфазной мо-

стовойинулевойсхемыа= 1/3, дляшестифазнойнулевойсхемыа= 1/6). Средний ток, приведенный к классификационным параметрам ти-

ристора:

Iср.пр kзi Iа.ср ,

здесь kзi 1,5 1,7 – коэффициент запаса по току. Максимальное амплитудное напряжение на тиристоре:

Umax 2 kз.номU2л ,

где kз.ном 1,3 1,5 – коэффициент запаса по напряжению;

U2л – линейное действующее напряжение вторичной обмотки

трансформатора.

Обратноенапряжениеопределяеткласстиристорапо напряжениюи равно:

Uобр kобрkз.номUd 0 ,

где kобр – коэффициент (для трехфазной нулевой kобр 2,1; для трехфазной мостовой и шестифазной нулевой схемы kобр 1,05).

Значение ударного тока тиристора в открытом состоянии Iос.уд и защитный показатель тиристора I 2tтир служат для выбора защитных

64

устройств и характеризуют термодинамическую стойкость тиристора при кратковременных (до 100 мс) перегрузках. Данные перегрузки возникают при внешнем КЗ на стороне выпрямленного напряжения. При внешних КЗ расчет ведется при угле регулирования, равном нулю, при этом токи КЗ – максимальны.

Амплитуда базового тока при внешнем КЗ:

где Xa , Ra – приведенные к вторичной обмотке реактивное и активное сопротивления одной фазы трансформатора (или реактора).

Далее находим ctg ( ) Ra / X a и по рис. 50 находим iуд, после чего определяем ударный ток глухого внешнего КЗ:

для мостовых схем Iуд Iк.Тiуд;

Рис. 50. Зависимость i* = f (ctg φ)

По рассчитанному Iср.пр выбираем тиристор (табл. 9) с учетом

того, чтобы повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии было больше рассчитанного Umax ; повторяющееся импульс-

65

ное напряжение тиристора Uобр было больше расчетного Uобр; ударный ток тиристора был больше расчетного Iуд.

К выбранному тиристору подбираем радиатор (охладитель) с целью обеспечения требуемых условий охлаждения, т. е. отвода тепла от тиристора. Мощность, выделяемая в тиристоре, равна

Pv UпорIср Rдинkф2 Iср2 ,

где Uпор, Rдин – паспортные данные тиристора; kф – коэффициент формы тока.

При проводимости тиристора 120 эл. град. (a = 1/3) и синусоидальной форме тока (активная нагрузка) kф 1,87, а при прямоуголь-

ной форме тока (активно-индуктивная нагрузка) kф 1,73.

Припроводимоститиристора60 эл. град. (a = 1/6) исинусоидальной форме тока (активная нагрузка) kф 2,77, а при прямоугольной форме

тока (активно-индуктивная нагрузка) kф 2,45.

Мощность, рассеиваемая радиатором (табл. 7 и 8), должна быть больше мощности, выделяемой в тиристоре.

Таблица 7

Технические характеристики охладителей для типовых тиристоров

66

Таблица 8

Технические характеристики охладителей для тиристоров

При постоянной нагрузке средний ток в открытом состоянии, который может обеспечить тиристор при наличии охладителя, можно рассчитать по формуле

тивления переход-среда, переход-корпус, корпус-охладитель и охла- дитель-среда соответственно.

Формула справедлива при угле проводимости больше 30 эл. град. и частоте менее 500 Гц. Все данные в формуле – справочные характеристики тиристора и охладителя. Рассчитанный ток, который может

пропустить тиристор по условиям охлаждения Iос.ср, должен быть больше среднего тока, протекающего через тиристор Iа.ср. Если это

условие не выполняется, то необходимо выбрать тиристор на больший ток либо выбирать другой радиатор.

Если Iос.ср Iа.ср более чем на 30 %, то тиристор выбран с большим запасом и, если позволяют другие параметры (например Iуд), необходимо выбрать тиристор на меньший средний ток.

67

68

Окончание табл. 9

4.1.4. Защита силовой части преобразователя

От перенапряжений

Всиловых управляемых выпрямителях различают следующие виды перенапряжений:

– внешние, возникающие как со стороны питающей сети, так и со стороны нагрузки;

– внутренние, возникающие при коммутациях в УВ;

– перенапряжения, обусловленные эффектом накопления носителей

вполупроводниковых приборах при коммутации тока.

Взависимости от характера и источника перенапряжений применяют различные схемы защит. Так, схема, изображенная на рис. 51, обеспечивает ограничение перенапряжений, вызванных накоплением носителей заряда, и скорости нарастания прямого напряжения на тиристорах.

Параметры RC-цепочек определяются из следующих соотношений:

где Lа – приведенная индуктивность фазы трансформатора;

(dU / dt)кр – критическая скорость нарастания напряжения (паспортная характеристика тиристора).

69