3. Расчет основных параметров схемы преобразователя

3.1. Расчет напряжений на элементах схемы

Исходным для определения напряжения на обмотках трансформатора и вентильных плечах является среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе преобразователя (U_{d 0}). Кривая этого напряжения (построена при выполнении разд. 1) поясняет формирование его из фазных или линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора. Определить U_d.0 можно и из уравнения внешней характеристики для неуправляемого выпрямительного режима:

(1)

где U_d – среднее значение выпрямленного напряжения при токе нагрузки ;

А – коэффициент наклона внешней характеристики, зависящий от схемы, который может быть либо рассчитан, либо принят согласно справочным данным (табл. 4);

u_к – напряжение короткого замыкания трансформатора, определенное заданием и выраженное в относительных единицах.

В уравнении (1) учтено лишь индуктивное сопротивление преобразовательного трансформатора при пренебрежении незначительным индуктивным сопротивлением питающей сети, что возможно в инженерных расчетах [3, 5].

Так как известно, что U_d = U_d.ном при I_d = I_d.ном, то

. (2)

Разница между значениями U_d.0 и U_d.ном учитывает потери напряжения в обмотках трансформатора, обусловленные их индуктивным сопротивлением и процессом коммутации тока. С целью учета потерь напряжения в активных сопротивлениях обмоток, вентилях, токоведущих шинах и в дополнительном оборудовании целесообразно округлить U_d.0 в большую сторону, увеличив его на 1 – 3 %.

При расчете управляемого режима выпрямления следует учитывать, что среднее значение выпрямленного напряжения зависит от угла регулирования:

, (3)

где U_{d 0} – среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе в управляемом режиме;

 – угол управления (регулирования).

Значение угла α определяется из заданного в табл. 1 соотношения между U_{d α0} и U_{d 0.}

Таблица 4

Основные параметры и расчетные соотношения для схем выпрямителей

при X_d = ∞

Параметр и расчетное соотношение	Нулевая сложная схема параллельного типа	Мостовая схема
		простая		сложная
		разомкнутая	замкнутая	параллельного типа	последовательного типа
m	6	6	6	12	12
	1,17	2,34	1,35
А	0,5	0,5	0,5	0,26	0,26
	0,408	0,817	0,471	0,785	1,57
	1,48	1,05	1,05	1,05	1,05
	1,05	1,05	1,05	1,008	1,008
	0,07	–	–	0,02	–
	1,33	1,05	1,05	1,05	1,029
	0,5	1,0	1,0	0,5	1,0
	2,09	1,045	1,045	1,045	0,52
	0,042	0,042	0,042	0,010	0,010
0	0,955	0,955	0,955	0,988	0,988

Действующее значение напряжения на фазе вентильной обмотки U₂ зависит от схемы выпрямления и от U_{d 0}. Используя соотношение между U₂ и U_{d 0}, необходимо рассчитать значение этого напряжения.

Для сложных двенадцатипульсовых схем выпрямления параллельного и последовательного типов действующие значения напряжений вентильной обмотки трансформатора определяются для каждой из секций: для секции «звезды» используется значение соотношения U_d.0/U₂, указанное в числителе, для секции «треугольника» – в знаменателе (см. табл. 4).

При расчете выпрямительно-инверторного режима следует предусмотреть наличие дополнительных обмоток на вторичной стороне трансформатора преобразователя или вольтодобавочного трансформатора с тем, чтобы увеличить U_{2 инв} для обеспечения плавного входа машины в тормозной режим. Из теории работы инвертора следует, что для обеспечения условия U_d.0.инв = U_d.0 требуется, чтобы

, (4)

где  – угол опережения открытия тиристоров.

Определить значения U_{2 инв} и  просто, используя уравнение (4) и заданное соотношение между U₂ и U_{2 инв} (см. табл. 1).

Учитывая, что номинальное линейное напряжение питающей сети U_1л задано, коэффициент трансформации трансформатора

, (5)

где U₁ и U₂ – действующие значения фазных напряжений первичной и вторичной вентильных обмоток трансформатора.

Напряжение на вентильном плече определяется линейным напряжением вторичных обмоток. Так как выше определено фазное напряжение U₂ (U_{2 инв}), то не представляет труда определить линейное, тем более что кривая напряжения на вентильном плече уже построена.

Надежность работы полупроводниковых вентилей определяется максимальным (амплитудным) обратным напряжением на вентильном плече, т. е.

. (6)

Для сравнения условий работы вентилей в различных схемах принято выражать U_V.max через U_d.0. Эти соотношения приведены в справочных данных (см. табл. 4). Следует проверить правильность вычислений сравнением рассчитанного соотношения U_V.max/U_d.0 с табличным.

Так как U_{2 инв} > U₂, то и U_V.max необходимо определить в инверторном и выпрямительном режимах.

В сложных схемах параллельного типа для выравнивания токов секций применяются уравнительные реакторы, ветви которых попадают под разность мгновенных значений напряжений на секциях схемы.

Для шестипульсовой нулевой сложной схемы параллельного типа напряжение на УР при частоте f_УР = 150 Гц имеет амплитуду:

. (7)

Для двенадцатипульсовой мостовой сложной схемы параллельного типа при f_УР = 300 Гц

. (8)