Реверсивный тиристорный преобразователь для электроприводов постоянного тока

 

                                         

                                 2.2. Расчет и выбор тиристоров

 

Тиристоры  выбираются  по  среднему  значению  тока,  протека-ющему через них и величине обратного напряжения.

При этом должен быть обеспечен достаточный запас прочности по току и напряжению.

Находим среднее значение тока в  вентилях по формуле [1, стр.77]:

 

                                                                            (2.10)

                    где   - коэффициент запаса, принимаем =2,5;

    - коэффициент, принимаем по [1, табл.1.9] =0,333;

    - коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения

            силового вентиля. При естественном  охлаждении  =0,35      

- среднее значение выпрямленного  тока, по форм.(2.4) 

      =184,9 А          

                                            

 Вентили должны  иметь достаточный запас электрической  прочности. Максимально  допустимое  для  данного  вентиля  обратное  напряжение должно удовлетворять условию [1, стр.78]:

 

                                        ,                               (2.11)

где    - коэффициент запаса  по напряжению,  принимаем  =1,8;

       - схемный коэффициент максимального обратного напряже-

                    ния, принимаем по [1, табл. 1.9] =1,045;

-наибольшая величина выпрямленного  напряжения (среднее 

             значение за период),

                                                         ,                                       (2.12)

    где   - коэффициент напряжения, для мостовой схемы

                =2,34;

       - фазное напряжение вторичной обмотки трансформа-

                        тора, =118,4 В;

                                             

 

                                  

                         

Условия выбора тиристоров :

• Номинальный средний ток тиристора должен быть больше 

или равен  значению форм.(2.10);

• Номинальное обратное напряжение тиристора должно быть 

           больше или равно значению  .

Выбираем 12 шт. тиристоров из серии  низкочастотных по [3, табл.2]

2Т161-160-4.

Параметры выбранных  тиристоров сводим в таблицу 2.2.

                                                                                     Таблица № 2.2

Наименование	Обозна- чение	Величина
Максимальный средний  ток в открытом состоянии, А	Iос.ср.max	160
Повторяющееся импульсное обратное напряжение, В	Uобр	400
Ударный неповторяющийся  ток в открытом состоянии, А	Iос.удр	4000
Критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии, В/мкс	(duзc/dt)кр	600
Ток удержания, мА	Iуд	300
Импульсное напряжение в открытом состоянии, В	Uос,и	1,75
Отпирающий постоянный ток управления, мА	Iу,от	200
Время включения, мкс	tвкл	25
Время выключения, мкс	tвыкл	63...250
Отпирающее постоянное напряжение, В	Uу,от	3,5

 

                      2.3.Расчет и выбор уравнительных  реакторов

 

В мостовом преобразователе  с совместным управлением присут-ствуют уравнительные токи.

Для уменьшения уравнительных  токов  в схему вводят 4 насыща-ющихся или 2 ненасыщающихся уравнительных реактора.

       Принимаем  для схемы 2 ненасыщающихся уравнительных  реактора.

 

Определяем индуктивность уравнительных  реакторов по формуле   [4, стр.133]:

 

                                                                      ,                                      (2.13)

где  - коэффициент действующего значения уравнительного тока, 

               принимаем по [4, стр.1-158] при  =0,62;

  -амплитуда фазного напряжения,

                             В;

-частота сети, =314 ;

                     -  действующее значение уравнительного тока,

                     0,08∙184,89=14,79А

 

                      Гн=22мГн.

Выбираем для схемы 2 ненасыщающихся уравнительных реактора с индуктивностью 22мГн.

               2.4. Расчет и выбор сглаживающих дросселей

 

Пульсации выпрямленного  напряжения приводят к пульсациям выпрямленного  тока, которые ухудшают коммутацию электродвигателя и увеличивают  его нагрев.

Для сглаживания пульсаций  выпрявленного напряжения применяют  сглаживающие дроссели.

 

Определяем индуктивность  сглаживающего дросселя по формуле    [4, стр. 132]:

                                 ,                 (2.14)

где       - кратность гармоники, так как в симметричной мостовой 

                  схеме наибольшую амплитуду имеет первая гармоника, то 

                  принимаем  =1;

           - количество пульсаций, принимаем по [1,табл. 1.19] =6;

   - допустимое действующее значение основной гармоники  

                      тока, принимаем =8%;

                 -амплитудное значение гармонической составляющей 

                                     выпрямленного напряжения, определяем по [4,стр.131]:

                                                              

                     ,  (2.16)

         где     - угол управления тиристорами, =30 ;

                 - максимальное значение выпрямленного напря-

                                жения, по форм. (2.11) =277 В;                           

       В;

               -круговая частота сети, =314 ;

      - номинальный выпрямленный ток преобразователя, по

                    форм.(2.4) =184,89А;

 

 

                          мГн;

 

Так   как   индуктивность    уравнительного    реактора   значительно больше   по  сравнению   с   индуктивностью  сглаживающего  дросселя       ( >> ),  то отказываемся от установки последнего в силовую цепь преобразователя.  

     Уравнительного  реактор   будет  достаточно для  сглаживания  пульса-ций выпрямленного напряжения.                      

                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               2.5. Расчет и выбор силовой коммутационной и защитной    

                аппаратуры.

         2.5.1. Расчет  и выбор R-C цепочек.

 

Для ограничения скорости нарастания прямого напряжения исполь-зуем  R-C цепочки,  которые включаем параллельно каждому тиристору.

Используя   стандартный  ряд  сопротивлений   выберем  резистор  с сопротивлением R=51Ом.

Из  уравнения [5,стр.81]:

                                           ,              (2.17)

где     -установившееся  напряжение  на  тиристоре, 

                  = В;

              -критическая скорость нарастания прямого напряжения,   

                              из табл. (2.2) = В/с;

находим постоянную времени:

                                                  с.

Находим емкость

                                                 нФ.

Используя стандартный ряд емкостей выбираем конденсатор с емкостью

С=6,2нФ.

 

           2.5.1.Расчет и выбор предохранителей.

Для  защиты  тиристорного   преобразователя  от   внутренних   коротких замыканий  во  вторичную  обмотку трансформатора поставим предохра-нители.

Находим  амплитудное  значение  базового тока короткого замыкания  по формуле[4, форм. 1-120]:

                                  I2кm  ,                                       (2.18)

где            - амплитуда   фазного напряжения   вторичной обмотки

                             трансформатора, = В;

               -индуктивное сопротивление вторичной обмотки

                        трансформатора, Ом;

             -активное сопротивление вторичной обмотки трансфор-

                    матора, Ом;            

Находим полное, активное и индуктивное  сопротивления вторичной обмотки  трансформатора [4, стр.105]:

          

                                     ,                             (2.19)

где      -напряжение   короткого замыкания,   из  табл. 2.1 

                    =5,5%;

      -линейное напряжение вторичной обмотки трансфор-

               матора, =205В;

     -номинальная мощность трансформатора, =58ВА;

     I2фн – ток вентильной обмотки. I2фн=164 А

                            

                                                            Ом.

       Активное сопротивление:                                    

                                                                          ,                                                      (2.20)

где       -мощность короткого замыкания, из табл. 2.1 =1900Вт.

                       -ток вентильной обмотки, из табл. 2.1 =164А.

                         

                                                                      Ом.

       Индуктивное  сопротивление:               

                                                                        ,                            (2.21)

 

где     -полное сопротивление вторичной обмотки трансфор-

                   матора, по форм.(2.19) =0,0413Ом;

                      -активное сопротивление трансформатора, по форм. (2.20)

                                 =0,0235 Ом;

                                                            Ом.

Амплитудное значение базового тока короткого замыкания форм. (2.18):

                           

                                                                   I2кm= А.

Для нахождения ударного тока внутреннего  короткого замыкания определяем коэффициент К1по [4, рис.1-129а]:

                при      К1=1.

Тогда ударный ток  внутреннего короткого замыкания:

                            I2кm =1∙4208,9=4208,9А.

Выбираем плавкий предохранитель-ПР2, исходя из условий:

-Номинальный ток предохранителя  должен быть больше 

 рабочего тока, протекающего через него  Iраб=164А.

-Номинальный ток плавкой  вставки должен быть больше           

 рабочего тока, протекающего  через вторичную обмотку  

 трансформатора I2.

Параметры выбранного предохранителя:

  -Номинальное напряжение –  переменное 220В;

  -Номинальный ток предохранителя  Iн пр -  300А;

  -Номинальный ток плавкой  вставки Iн пл – 300А.

Проводим проверку на срабатывание при коротком замыкании:

                                 Iпл < _/√2

                               ;

                          или             900<<5952,3А.

 

            2.5.3.Расчет и выбор автоматического  выключателя.

 

Для защиты тиристорного преобразователя  от внешних коротких замыканий  в  первичную  обмотку трансформатора поставим автома-тический воздушный выключатель.

Для вычисления ударного тока внешнего короткого замыкания

определяем коэффициент  К2 по  [4, рис.1-127а]:

                                        при       К2 =0,82.

Тогда ударный ток внешнего короткого  замыкания:

                        I2кm =0,82∙4208,9=3451,3А

 

Выбираем автоматический воздушный  выключатель А-3715Б по[6,стр. 158] из условий:

    -Номинальный ток автомата  должен быть больше  рабочего  тока 

     первичной обмотки трансформатора.     

                             Iраб= А;

  

-Номинальное  напряжение  автомата  должно быть  больше  или  

      равно   сетевому напряжения 380В;

      -Число полюсов было равно числу фаз питающей сети;

    -Номинальный  ток теплового расцепителя должен  быть  больше 

      рабочего  тока  Iраб;

    -Номинальный   ток электромагнитного расцепителя  должен быть 

      больше  рабочего тока  Iраб;

           -Ток  срабатывания электромагнитного  расцепителя должен быть 

             меньше   ударного   тока  внешнего  короткого  замыкания 

            А;

           -Ток  термической устойчивости должен  быть больше  тока  внеш-

            него  короткого замыкания  А;           

Параметры  автоматического выключателя  А-3130:

   -Номинальный ток автомата  –200А;

   -Номинальное напряжение – 380В;

   -Число полюсов – 3;

   -Номинальный ток теплового  расцепителя – 120А;

   -Номинальный ток электромагнитного  расцепителя – 120А;

   -Номинальный ток срабатывания  электромагнитного расцепителя  - 

=1560

   -Ток термической устойчивости – 19000А,; 

 3. Выбор структуры и основных узлов системы управления                    

         тиристорным преобразователем.

 

Система  управления  преобразовательным  устройством предназна-чена для  формирования и генерирования управляющих  импульсов опре-деленной формы и длительности,  распределения  их по фазам и измене-ния момента подачи на управляющие  электроды  вентилей преобразова-теля. В настоящее время широкое  распространение  получили электрон-ные  (полупроводниковые)  системы  управления  вентильными преобра-зователями,  так  как  они имеют ряд преимуществ перед электромагнит-ными системами: высокое быстродействие, надежность, малая потребля-емая мощность и малые габариты.