4.2 Выбор тиристоров

Среднее значение тока вентиля:

-трехфазного мостового выпрямителя

I_в.ср.=0,33I_d=834А;

-дважды трехфазной схемы выпрямления;

I_в.ср.=0,16I_d=417А;

-кольцевой схемы выпрямления

I_в.ср.=0,16I_d=417А;

Максимальное обратное напряжение на тиристорах:

- трехфазного мостового выпрямителя

U_обр.max=1,05U_d;

-дважды трехфазной схемы выпрямления

U_обр.max=2,1U_d;

-кольцевой схемы выпрямления

U_обр.max=2,1U_d.

С учетом необходимого коэффициента запаса по напряжению и по току необходимо выбрать тиристоры на напряжение не менее 100В и токи:

-трехфазного мостового выпрямителя I_в.ср.N≥2000А;

-дважды трехфазной схемы выпрямления I_в.ср.N≥1000А;

-кольцевой схемы выпрямления I_в.ср.N≥1000А.

Для трехфазного мостового выпрямителя выбираем шесть тиристоров типа Т153-2000 [8], параметры которых:

-номинальный ток (среднее значение), I_в.ср.N =2500А;

-максимальное обратное напряжение, U_обр.max= 400В;

-падение напряжения в прямом направлении, ∆U_в.пр.=0,83В;

-динамическое сопротивление тиристора, R_в.д..=1•10^-4Ом ;

-тип охладителя 0253 или ОМ106;

-максимальный допустимый средний ток тиристора в открытом состоянии с охладителем типа 0253 или ОМ106 и при скорости охлаждающего воздуха в межреберном пространстве 12м/с и температуре 40⁰С составляет I_ср..доп=2000А.

Обратим внимание на то, что при выборе тиристоров необходимо учитывать их предельно допустимые токовые нагрузки с учетом условий охлаждения. Причем эти предельные нагрузки должны быть не менее рассчитанного среднего тока тиристора в установившимся режиме работы выпрямителя с определенным запасом..

4.3 Расчет среднего значения напряжения на выходе выпрямителя в режиме холостого хода, Udхх:

U_dхх=U_dN+ΔU_в+ΔU_R+ΔU_х+ΔU_RL+ΔU_пр.,

где: U_d.N- номинальное значение напряжения на выходе выпрямителя при его работе в номинальном режиме;

ΔU_в - прямые падение напряжения на открытых тиристорах, проводящих ток нагрузки;

ΔU_R - суммарное падение напряжения на активных сопротивлениях обмоток трансформатора, и динамических сопротивлениях тиристоров, через которые проходит ток нагрузки;

ΔU_х - падение напряжения, обусловленное явлением коммутации;

ΔU_RL - падение напряжения активном сопротивление обмотки дросселя;

ΔU_пр - падение напряжения на проводах, соединяющих выпрямитель с нагрузкой.

U_d.N =7,8В;

ΔU_в = ΔU_в.пр.=0,83В для двойной трехфазной схемы выпрямления с уравнительным реактором и для кольцевой схемы выпрямления;

ΔU_в = 2ΔU_в.пр.=2•0,83=1,66В - для трехфазной мостовой схемы выпрямления.

ΔU_R =I_dNR_ф.э.

Эквивалентное активное сопротивление фаз обмоток трансформатора (R_ф.э )для каждой из сравниваемых схем выпрямления определяется по своим соотношениям.

Для кольцевой схемы выпрямления:

R_ф.э=2R_ф =2(R_тр+0,5R_в.д).

Для двойной трехфазной схемы выпрямления с уравнительным реактором

R_ф.э=0,5R_ф =0,5(R_тр+R_в.д).

Для трехфазной мостовой схемы выпрямления:

R_ф.э=2R_ф =2(R_тр+R_в.д)=2[(R₂+R₁')+R_в.д].

R_тр - активное сопротивление фазы обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной стороне;

R₁'- активное сопротивление фазы первичной обмотки трансформатора,

R₂ - активное сопротивление вторичной обмотки;

приведенное к виткам вторичной обмотки трансформатора;

R_в.д - динамическое сопротивление тиристора.

С учетом угла коммутации γ падение напряжения на активных сопротивлениях схемы, ΔU_Rγ :

-для трехфазной мостовой и кольцевой схем выпрямления

-для двойной трехфазной схемы выпрямления с уравнительным реактором

Угол коммутации γ:

При α=0⁰ угол коммутации γ= γ₀:

В общем случае

где

k_тm₂ - число коммутаций на интервале одного периода питающей сети ровно числу пульсаций выпрямленного напряжения на интервале одного периода питающей сети;

х_ф- индуктивное сопротивление рассеяния обмотки фазы трансформатора и фазы питающей сети, приведенное ко вторичной обмотке.

Примечание:

Для двойной трехфазной схемы выпрямления с уравнительным реактором следует принять ток I_d^'=I_d/2, а k_тm₂=3, в остальных схемах I_d^'=I_d и k_тm₂=6.

Таким образом, для трехфазной мостовой и кольцевой схемы,

а для двойной трехфазной схемы с уравнительным реактором

Обратим внимание, что для выполнения расчетов падений напряжений ΔU_R и ΔU_х необходимо знать параметры трансформатора- R_тр и х_ф.

ΔU_RL падение напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя определим с помощью графика, отражающем зависимость относительного падения напряжения, ΔU*_RL(%), от мощности нагрузки выпрямителя и приведенном на рисунке 29.

.

Падение напряжения на активном сопротивлении проводов, соединяющих выпрямителя с нагрузкой, определим, воспользовавшись следующим соотношением:

,

где ρ=0,0175 Ом•мм²/м - удельное сопротивление меди, из которой выполнены соединительные провода;

j - плотность тока в соединительных проводах. Для дальнейших расчетов можно принять j=2А/мм².

Далее определим активное и индуктивное сопротивление рассеяние обмотки трансформатора, воспользовавшись методикой, изложенной в [3].

В соответствии с этой методикой активное сопротивление обмотки трансформатора, приведенное ко вторичной стороне

где: m₂- число вторичных обмоток;

E₂- Э.Д.С. фазы вторичной обмотки;

е_кз.,% - напряжение короткого замыкания трансформатора;

cosφ_кз - коэффициент мощности короткого замыкания трансформатора;

S_т - расчетная мощность трансформатора.

Зависимости е_кз.,% =f(S_т) и cosφ_кз=f(S_т) и приведены на рисунке 28, [3].

Индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора х_ф, определим после расчета R_тр и определения угла φ_кз=arccos φ_кз, а cosφ_кз определим по графику cosφ_кз=f(S_т), приведенном на рисунке 28.

х_ф= R_трtg φ_кз.