5.3. Расчет группового соединения вентилей
В преобразователях большой мощности, как правило, приходится использовать групповое соединение силовых полупроводниковых приборов с целью обеспечения нагрузочных режимов и необходимой надежности.
Если IV.ср > IFAV или IV пер > IF(OV), или Iуд >I FSM, то приходится применять параллельное соединение приборов. Аналогично, если UV.max > URWM или UV.пов > URRM, или UV.неп > URSM, то применяют последовательное соединение приборов. Из-за технологического разброса вольт-амперных характеристик при параллельном соединении отдельные приборы перегружаются по току, а при последовательном – по напряжению. Для предупреждения выхода вентилей из строя необходимо правильно рассчитать их число в плече и применять специальные устройства для равномерного распределения напряжения или тока.
Порядок расчета числа параллельно соединенных вентилей предусматривает определение его по трем режимам:
1) номинальной нагрузки –
,
(29)
где IFAVm – максимально допустимый средний прямой ток вентиля, определяемый для заданных условий по выражению (19);
– коэффициент, учитывающий возможное
неравномерное распределение тока между
параллельно соединенными вентилями,
принимается обычно равным 0,8 – 0,85;
2) технологической перегрузки –
,
(30)
где IV.пер – максимальное значение тока вентильного плеча при перегрузке,
,
(31)
kп – коэффициент перегрузки за t = 10 с, принимаемый в соответствии с заданием (см. табл. 3),
;
(32)
IF(OV) – амплитуда допустимого тока перегрузки одного вентиля, рассчитанная по формуле (21);
3) короткого замыкания –
,
(33)
где Iуд – ударное значение тока к. з. в схеме преобразователя, определенное по выражению (28);
IFSM – ударный неповторяющийся прямой ток вентиля, принимаемый согласно паспортным данным.
Из трех рассчитанных значений принимается наибольшее из них и округляется до большего целого числа а, если дробная часть превышает 0,1 [4].
Для определения значения тока IF(OV) по выражению (21) целесообразно применять следующий порядок расчетов: определить значение а1 по выражению (29), округлить его до большего целого и обозначить а, затем определить значение IFАV по выражению (25), PF(AV) – по формуле (23), Tj – по уравнению (22), Z(th)10ja – по выражению (24) и IF(OV) – по формуле (21).
Число последовательно соединяемых вентилей в плече схемы также определяется по трем режимам:
1) расчетному –
,
(34)
где UV.max – максимальное обратное напряжение на вентильном плече, определенное по выражению (6) для данного режима;
URWM – рабочее обратное напряжение одного вентиля, принимаемое как параметр по паспорту. В случае отсутствия данных в паспорте принимается условие: URWM = 0,8 URRM;
kU – коэффициент, учитывающий возможное неравномерное распреде-ление напряжения, обычно принимается равным 0,9;
2) по повторяющимся (коммутационным) перенапряжениям –
,
(35)
где UV.пов – регулярно повторяющееся перенапряжение на плече, определенное процессами в схеме, значение которого задано в исходных данных (см. табл. 3);
URRM – повторяющееся обратное напряжение вентиля (напряжение класса);
3) по неповторяющимся перенапряжениям –
,
(36)
где UV.непов – неповторяющееся аварийное перенапряжение, определенное исходными данными (см. табл. 3) как перенапряжение между плюсовой и минусовой шинами преобразователя;
URSM – неповторяющееся обратное напряжение, допустимое на один вентиль, заданное паспортом или принимаемое равным (1,16 – 1,25) URRM;
n – число последовательных плеч в схеме, включенных на выпрямленное напряжение.
Для обоснованного повышения надежности в ряде случаев к наибольшему из трех рассчитанных значений добавляют один вентиль и округляют в большую сторону до целого числа s.
В групповом соединении включенных параллельно (а) и последовательно (s) вентилей в одном плече преобразователя из-за разброса их параметров применяют меры выравнивания тока в параллельных и напряжения в последовательных соединениях.
Для равномерного деления тока используют подбор вентилей по прямому импульсному напряжению. Кроме того, в преобразователях, применяемых в системах электроснабжения метрополитена и городского электрического транспорта для этой цели часто применяют индуктивные делители тока [10, 13, 14].
Для равномерного деления напряжения применяются активные Rш, емкостные Св, смешанные RвСв- и RвСвD-цепи, включаемые параллельно вен-тилям.
В преобразователях тяговых подстанций электрических железных дорог постоянного тока (содержащим достаточно большое количество вентилей) для этой цели параллельно каждому последовательно включенному нелавинному диоду или тиристору (любого типа) обычно включают шунтирующий резистор Rш и контур RвСв. Параллельно включенные диоды или тиристоры в вентильном плече соединяют между собой резисторами связи Rс.
Лавинные диоды допускается включать последовательно в вентильных плечах без специальных делителей и без резисторов связи Rс. Защитные RС-цепи в этом случае включают параллельно вентильным плечам преобразователя.
В настоящей курсовой работе выбрать средства обеспечения равномерного распределения токов и напряжений можно только схемно, без расчета параметров элементов. При выборе этих средств рекомендуется использовать учебную и справочную литературу [3, 4, 10, 11 – 16].
Общее число вентилей в преобразователе определяется по выражению:
N = p a s, (37)
где p – число вентильных плеч в преобразователе.
Студенту, выполняющему проект выпрямительно-инверторного преобразователя, можно ограничиться расчетом только инверторной части.
При разработке вентильных конструкций рекомендуется использовать специальную литературу по преобразователям тяговых подстанций электрических железных дорог постоянного тока [4, 6, 10 – 12, 16, 18, 19], устройств электроснабжения метрополитена [4, 10, 13] и городского электротранспорта [4, 10, 14].
В настоящем разделе курсовой работы необходимо отразить тип и параметры выбранного вентиля, обоснованный расчет допустимых токов и напряжений в заданных условиях, определение количества вентилей в одном плече и во всем преобразователе. Выбранный способ группового соединения вентилей в плече следует изобразить на отдельном рисунке.
Четвертый раздел должен иметь следующие наименование и содержание:
4. Расчет вентильной части преобразователя.
4.1. Выбор вентилей.
4.2. Расчет допустимых токов вентилей в заданных условиях.
4.3. Расчет группового соединения вентилей.