Выбор вентилей управляемого выпрямителя

В расчёте предполагается пробой в конце периода коммутации при  a = 0, что соответствует наиболее тяжёлому режиму развития внутреннего к.з. в выпрямителе. Система управления оснащена схемой блокирования управляющих импульсов до первой очередной коммутации.

Фактическое значение амплитуды тока к.з. определяется по выражению:

 

где           

        Im - значение тока к.з. на выводах вторичной обмотки трансформатора выпрямителя:

 

здесь          U_2ф - действующее номинальное значение фазного напряжения вторичной обмотки

                              трансформатора выпрямителя, кВ;

               К_С - коэффициент, учитывающий повышение напряжения в питающей сети:

 

где - заданное значение отклонения напряжения питающей сети, %.

Значения  и определяются по выражениям (4) и (5) где следует принять N₂ =2.

 

 

 

 

 

 

 

Значение ударного тока одного тиристора I_{T УД.} при этом виде к.з. определяется по выражению (11), где параметр "а" выбран из условия устойчивости тиристоров при к.з. на шинах выпрямленного напряжения (12).

 

Принимаем а=2, тогда

 

Расчетное значение I_{T УД} не  превышает паспортного ударного тока тиристора, предварительно выбранного на основе расчета тока к.з. на шинах выпрямленного напряжения.

 

 

 

3.4. Проверка тиристоров по току рабочего режима.

Для принятия окончательного решения по количеству параллельно  включенных тиристоров в плече выпрямителя  необходимо убедиться в том, что  такое плечо будет работать без перегрузки в длительном рабочем режиме, т.е.

 

где           I_П - средний расчётный ток плеча выпрямителя при номинальной нагрузке (Id ном) А,

 

                К_ПЕР - коэффициент допустимой длительной перегрузки;

               I_Tт - предельный средний прямой ток тиристора для заданных условий работы;

               К_Н - коэффициент неравномерности распределения тока по тиристорам, К_Н = 0,9.

Предельный средний прямой ток  тиристора при заданных условиях работы выпрямителя рассчитывается по выражению:

 

где    U_Т0 – пороговое напряжение тиристора в открытом состоянии, U_Т0=1,35 В;

          К_ф – коэффициент формы тока вентильного плеча в заданной схеме выпрямления,                                              К_ф=1,73;

         Z_Т – динамическое сопротивление тиристора, Z_T  = 0,5 10^-3Ом;

        T_jm – максимально допустимая температура р-n перехода, T_jm=125⁰;

        Та – температура охлаждающего воздуха, Та=34⁰С

         R – сопротивление стоку тепла от р-n перехода в охлаждающую среду для выбранного        

               тиристора и соответствующего  типа охладителя, (тип охладителя- О353-150):

 

где составляющие R являются паспортными параметрами отдельных участков стока тепла, от полупроводниковой структуры в охлаждающую среду =0,026; =0,005; =0,095.

 

Тогда

 

 

 

Тогда "а"=3.

Из значений, полученных исходя из условий (12), (15) выбираем наибольшее, при котором исключаются недопустимые перегрузки тиристоров по току во всех режимах работы выпрямителя и структура вентилей не достигнет предельной температуры при заданных условиях охлаждения. Принимаем “a”= 3.

 

4.Определение последовательно включенных тиристоров.

Количество  тиристоров в последовательной цепочке  должно быть таково, чтобы при заданном рабочем напряжении сети с учетом возможных отклонений, коммутационных и неповторяющихся перенапряжений, максимальное обратное напряжение на любом тиристоре выпрямителя  не превышало бы соответствующего паспортного параметра тиристора. Число последовательно соединенных тиристоров в вентильном плече определяется по выражению:

 

где        U_пл.мах – максимальное значение обратного напряжения, воздействующего на вентиль- ное плечо в заданной схеме выпрямителя с учетом бросков и колебаний напряжения в сети, В

               U_{Т повт} – паспортное значение допустимого обратного напряжения на тиристоре,

                             U_{Т повт} = 1800В.

               К_HU – коэффициент неравномерности распределения напряжения по тиристором, К_HU = 0,8.

Величина U_{пл. мах} определяется с учетом коммутационных перенапряжений:

 

где           U_{в мах} – максимум обратного напряжения в заданной схеме выпрямителя при                   

                              номинальном напряжении сети, U_bmax =2,09*4150=8673,5 B;

                 kγ  –      коэффициент, показывающий отношение величины коммутационного      

                               перенапряжения к максимальному  обратному напряжению, kγ = 1,3;

                 К_с – колебание напряжения в сети, К_с = 7%

 

Тогда:

 

Принимаем b=10.

Количество последовательно  включенных тиристоров, определенное на основе повторяющихся бросков  перенапряжения должно быть проверено  по условию воздействия неповторяющихся  бросков перенапряжения.

 

где      Ud_ном -   номинальное выпрямленное напряжение, В

           k_UН   –   коэффициент амплитуды неповторяющегося напряжения, k_UН = 2,6;

           К_Н. –      коэффициент неравномерности распределения напряжения по тиристорам, К_Н. =0,9

          U_Тнеп – паспортное значение неповторяющегося напряжения тиристора, U_Тнеп=1,2*1800В.

 

 

 

Принимаем

 

 

5.  Определение общего количества тиристоров

 

  Количество тиристоров выбранного  типа, необходимое для комплектования  выпрямителей подстанции, соответственно  определяется:

 

 

 

6. Определение параметров резисторов и конденсаторов.

 

6.1. Равномерное распределение обратного напряжения.

Как при параллельном, так и последовательном соединении тиристоров требуется применение дополнительных средств выравнивания прямых и обратных напряжений на закрытых тиристорах. Подбор тиристоров по вольт – амперным характеристикам не может обеспечить равномерного распределения напряжения по цепочке последовательно соединенных  тиристоров. Одним из наиболее распространенных способов выравнивания напряжения на закрытых последовательно соединенных тиристорах является шунтирование их активными сопротивлениями. Сопротивление шунтирующего резистора определяется по формуле:

 

где        в       –   число последовательно включенных тиристоров в вентильном плече;

            U_{Т повт} – паспортное значение допустимого повторяющегося обратного напряжения на       

                            тиристоре, В;

            U_{пл. мах} – наибольшее обратное напряжение, воздействующее на тиристорное плечо в за      данном     

                       преобразователе, В;

            I_об –    повторяющийся обратный ток в закрытом тиристоре (паспортный параметр), мА;

 

 

Мощность  шунтирующего резистора определяется по выражению: 

 

где         К_а – коэффициент амплитуды.

 

Для исключения возможности попадания  бросков перенапряжения на закрытые тиристоры дополнительно, в параллель шунтирующим резисторам, подключаются демпфирующие цепочки  R_д,C_д.  Значение емкости определяется по формуле:

 

где         ω – угловая частота,  ω=314    1/с;

               k – коэффициент неравномерности распределения напряжения, k=0,9.

Исходя  из опыта проектирования и эксплуатации полупроводниковых выпрямителей тяговых  подстанций, параметры демпфирующей цепочки выбираем

 

 

Мощность  резистора демпфирующего устройства выбираем

 

Конденсатор выбирается на рабочее напряжение:

 

По итогу расчетов выбираем тип резистора ПЭ-50, конденсатора МБГП-1500

 

 

 

7. Графическая часть.

7.1.Однолинейная и расчетная схемы (Приложение 1)

7.2. Временные диаграммы  (Приложение 2)

Нахождение величин для  построения временных диаграмм.

При α=0

 

При α=10

 

 

 

8.Индивидальное  задание

Рассчитать и построить  внешнюю характеристику.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.Список литературы

1. Балабанов В.Н. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине Электронная и преобразовательная техника: "Выбор вентилей для управляемого выпрямителя", Хабаровск, ХабИИЖТ, 1987 год.
2. Бурков А.Т. “Электронная техника и преобразователи”: Учеб. для ВУЗов ж.-д. транспорта - М.:Транспорт, 1999 год.