2. Предварительный расчёт внешней характеристики.

Наклон внешней характеристики А зависит от соотношения между потерями выпрямленного напряжения и номинальным значением выпрямленного напряжения :

Эту же величину можно найти исходя из мощности проектируемого выпрямителя (P_d = 20 кВт), величины выпрямленного напряжения ( ), коэффициента пульсации выпрямленного напряжения ( ) и схемы выпрямления (трехфазная мостовая). Ориентировочно, наклон внешней характеристики А = 1,1. Тогда для известного выпрямленного напряжения, через принятый коэффициент наклона вычислим напряжение холостого хода выпрямителя при пониженном, номинальном и повышенном напряжении сети:

где - колебания напряжения сети, от которой питается выпрямитель в относительных значениях. В нашем случае

Разность между максимально возможным напряжением на выходе выпрямителя и стабилизированным напряжением, есть глубина регулирования силового преобразователя:

Косинус максимального угла регулирования вычисляется по формуле:

Реальный угол регулирования больше на величину начального угла регулирования , который принимается равным град. эл. Причём большую величину принимают для более низких выпрямленных напряжений.

Рисунок 1. Внешняя характеристика схемы

3. Выбор вентилей и их тепловой расчёт.

3.1. Выбор вентилей по току.

Выбираем тип вентиля по току, для чего определяем среднее значение тока вентильного элемента:

;

3.2. Выбор вентилей по напряжению.

Выбираем тип вентиля по напряжению, для чего определяем амплитудное значение напряжения на нем:

;

Выбираем коэффициент запаса по напряжению К_P=2 и определяем значение повторяющегося импульсного напряжения на вентиле:

По величине повторяющегося напряжения на вентиле , округлённой в большую сторону, определяем класс вентиля:

По справочнику выбираем вентиль Т323-200 со следующими параметрами:

U_(ТО) = 0,9 В – пороговое напряжение;

r_(T) = 0,75 мОм – дифференциальное прямое сопротивление;

R_thjc = 0,065 ^оС/Вт – установившееся тепловое сопротивление

переход-корпус;

T_jm = 125 ^оС – максимально допустимая температура перехода.

3.3. Тепловой расчёт вентиля.

Средняя мощность основных потерь тиристора:

Полная мощность потерь в вентиле:

Рассчитаем температуру p-n перехода тиристора в установившемся режиме:

Запас по температуре будет равен:

Максимальная мощность, которая может выделяться на вентиле:

Рассчитаем максимально допустимый ток тиристора:

Рассчитаем максимально допустимое время перегрузки:

Пусть кратность перегрузки , тогда

Мощность, выделяемая на вентиле при перегрузке:

Полная мощность потерь при перегрузке:

Дополнительное увеличение мощности потерь при перегрузке:

Тепловое сопротивление при перегрузке:

По графику зависимости переходного теплового сопротивления переход-среда определяем время перегрузки: t_пер. Это значение больше 20 мс.

Таким образом, вентиль выбран, верно.

4. Расчёт преобразовательного трансформатора.

4.1. Предварительное определение основных размеров и числа витков обмоток.

Напряжение вторичных обмоток трансформатора определяется по выпрямленному напряжению холостого хода при номинальном напряжении питающей сети:

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определяется по среднему значению выпрямленного тока в номинальном режиме:

Габаритная мощность силового трансформатора:

Величину тока первичной обмотки вычислим через габаритную мощность трансформатора и напряжение, приложенное к первичной обмотке:

где – фазность первичной обмотки;

Исходя из фазности питающей сети и схемы выпрямления, выбираем трёхфазный трёхстержневой трансформатор.

Мощность, приходящаяся на один стержень:

Выбираем марку стали магнитопровода 3411 и вычислим предварительное значение ЭДС одного витка:

где - конструктивный коэффициент ( );

- отношение массы стали к массе меди;

- индукция в стержне ( );

- плотность тока в обмотках ( );

Число витков первичной и вторичной обмоток:

;

Уточним коэффициент трансформации и число вольт на виток:

Определим сечение стержня и диаметр окружности, описанной вокруг него:

где - коэффициент заполнения сечения отверстия сталью;

- коэффициент заполнения площади круга сердечника;

Выбираем внутренний диаметр изолирующего цилиндра , при этом условии цилиндр будет плотно сидеть на стержне.

Выбираем изоляционные расстояния равными:

где - расстояние от внутренней поверхности первичной обмотки до наиболее выступающей части стержня;

- расстояние от наружной поверхности первичной обмотки до внутренней поверхности вторичной обмотки;

- расстояние между катушками разных фаз трансформатора;

- расстояния от катушек до ярма;

Предварительные геометрические размеры обмоток равны:

а) Радиальная толщина первичной обмотки:

где k₁ = 1,1; k₂ = 0,75.

б) Радиальная толщина вторичной обмотки:

в) Диаметры обмоток:

Средний диаметр первичной обмотки:

_{Средний диаметр вторичной обмотки:}

Средний диаметр обеих обмоток:

где δ12=0,6 (взято из условия δ12<a12) – изоляционный промежуток между первичной и вторичной обмотками;

Dцн=15 - наружный диаметр изоляционного цилиндра.

Средняя длина витка обмоток:

Высота катушек:

где

- коэффициент приведения идеального поля рассеяния к действительному;

- относительное значение реактивной составляющей напряжения короткого замыкания ( );

Длина стержня магнитопровода: