151716 (Разработка ветроэнергетической установки), страница 7

Действующее значение первичного тока трансформатора:

(3.7)

Расчетная мощность обмоток трансформатора:

(3.8)

По справочным данным выбираем трансформатор типа ТСЗ-10/0,38. который имеет следующие параметры:

- номинальная мощность S = 10 кВА;

- номинальная частота f = 50 Гц;

- потери холостого хода Р_х.х. = 650 Вт;

-потери короткого замыкания Р_к.з. = 250 Вт;

- ток холостого хода I_х.х. = 7,5%;

- напряжение короткого замыкания U_к.з = 3,5%.

Через эти параметры трансформатора определим нужные нам параметры элементов Т-образной схемы замещения трансформатора.

Модуль полного сопротивления короткого замыкания трансформатора:

(3.9)

Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к первичной стороне:

(3.10)

Реактивное сопротивление рассеивания обмоток трансформатора, приведенное к первичной стороне:

(3.11)

Тогда то же сопротивление, приведенное ко вторичным обмоткам трансформатора и называемое уже анодным сопротивлением Х_а, будет равно:

(3.12)

(2.13)

3.2.1 Проверка вентилей по тепловому режиму

Проверяем тепловой режим выбранного вентиля по усредненной температуре полупроводниковой структуры:

(3.14)

где – температура полупроводниковой структуры в стационарном режиме, ^оС;

– температура окружающей среды, 40 ^оС;

– тепловое сопротивление прибора и охладителя для выбранных условий охлаждения, ^оС/Вт;

– мощность потерь в вентиле, Вт;

– максимально допустимая температура полупроводниковой структуры выбранного вентиля, ^оС.

Определим потери в вентиле:

(3.15)

где U₀ =1,03 – пороговое напряжение вентиля, В;

I_а = 13,26 – среднее значение анодного тока вентиля, А;

К_ф = – коэффициент формы анодного тока вентиля;

R_д = 4.6*10^-3 – дифференциальное сопротивление вентиля, Ом.

Охладитель выбираем типа О231-80, у которого тепловое сопротивление равно

= 0,2 ^оС/Вт

Тепловое сопротивление вентиля и охладителя с естественным охлаждением определяется таким образом:

r _т = r₁ + r₂ + r₃, (3.16)

где r₁ – тепловое сопротивление переход-корпус прибора, С/Вт;

r₂ – тепловое сопротивление корпус прибора – контактная поверхность охладителя, С/Вт;

r₃ – тепловое сопротивление охладитель – окружающая среда, С/Вт.

Общее тепловое сопротивление равно:

r_т = 0,5+0,2+0,85=1,55 C/Вт (3.17)

Тогда температура структуры в стационарном режиме:

_ст = 40 + 1,55 ·16,35 = 65 C (3.18)

Максимально допустимая температура структуры приведена в справочнике и составляет = 125 C. Таким образом, сравнивая расчетную и взятую со справочника температуру приходим к выводу, что тепловой режим вентиля нам подходит.

3.2.2 Ограничение коммутационных перенапряжений

При выключении силовых диодов и тиристоров из-за обрыва обратного тока на индуктивности коммутационного контура возникает ЭДС, которая суммируется с коммутирующей ЭДС. Эта ЭДС обычно называется коммутационным перенапряжением. Для ограничения перенапряжения применяются защитные RC – цепочки, включаемые параллельно полупроводниковым приборам.

Для расчета защитной цепочки необходимо знать амплитуду обратного тока защищаемого вентиля и индуктивность контура коммутации, которая в основном определяется реактивной составляющей сопротивления КЗ анодного трансформатора:

(3.19)

Амплитуда обратного тока вентиля зависит от величины наполненного заряда и скорости уменьшения анодного тока, которая может быть вычислена по формуле:

(3.20)

где – скорость изменения анодного тока;

– амплитуда коммутирующей ЭДС;

L_k – индуктивность коммутационного тока вентиля.

Для найденного значения скорости изменения анодного тока по зависимостях, приведенных в справочнике, определяем величины заряда и времени обратного восстановления.

Заряд обратного восстановления:

Время обратного восстановления:

Тогда амплитуда обратного тока вентиля равна:

(3.21)

Вычисляем сопротивление резистора защитной цепи, равное волновому сопротивлению контура.

(3.22)

Вычисляем емкость защитной цепочки:

(3.23)

Выбираем значения: R_д = 150 Ом, С_д = 68 нФ.

Мощность, рассеиваемая в резисторе защитной цепи, определяется энергией, запасенной в элементах колебательного контура при включении и выключении вентиля. Эта мощность вычисляется по формуле:

(3.24)

Таким образом, выбираем следующие элементы:

1. Резистор – МЛТ2-0,125-270 Ом 10% ОЖО.467.081ТУ;

2. Конденсатор – КМ 68 нФ-630 В ОЖО.462.141 ТУ.

3.2.3 Расчет индуктивности сглаживающего реактора

В большинстве случаев переменная составляющая выпрямленного напряжения (пульсация), действующая на выходе выпрямителя, недопустимо велика для потребителей. Сглаживающий фильтр, который включается между выходом выпрямителя и нагрузкой, предназначен для уменьшения пульсации.

Наиболее широко применяются сглаживающие фильтры, состоящие из индуктивности и емкости (типа LC) или из сопротивления и емкости (типа RC).

Все сглаживающие фильтры характеризуются коэффициентом сглаживания q, который можно представить как отношение амплитуды первой гармоники пульсации на входе фильтра U_01~ к амплитуде первой гармоники пульсации на выходе первого звена U_11~:

К сглаживающим фильтрам предъявляются также требования, связанные с конструктивным исполнением (масса, габариты, КПД и т. п.), а также эксплуатационными особенностями (стоимость, надежность). Индуктивный фильтр (L-фильтр) применяется для выпрямителей средней и большой мощности, так как позволяет обеспечить непрерывность тока в цепи нагрузки и благоприятный режим работы выпрямителя. Индуктивный фильтр (рис. 3.3) представляет собой реактор, включенный между схемой выпрямления и нагрузкой. Напряжение на выходе выпрямителя содержит постоянную составляющую U_d и переменную U_~. Пренебрегая изменением этих составляющих от нагрузки, можно заменить ими полупроводниковую часть схемы выпрямителя, т. е. считать, что на входе фильтра включены два последовательно соединенных источника напряжения: с постоянной ЭДС U_d и переменной ЭДС U_~. Постоянная ЭДС не оказывает влияния на пульсацию, а в качестве переменной ЭДС можно рассматривать только ЭДС основной гармоники пульсации U_1m (первой гармоники переменной составляющей), так как они преимущественно определяют коэффициент пульсации.

Рисунок 3.3 – Схема выходного L-фильтра

Индуктивность сглаживающего дросселя может определятся как из условия обеспечения заданного коэффициента пульсаций в токе нагрузки, так и из условия обеспечения заданной ширины зоны прерывистых токов. При проектировании выпрямителя необходимо проверить оба условия и выбрать большее значение индуктивности L_d. [14]

Поскольку амплитуда первой гармоники пульсаций выходного напряжения выпрямителя зависит от угла регулирования, необходимо определить максимальное значение этого угла:

(3.25)

где U_{2 min} – минимальное выпрямленное напряжение;

α_max – максимальный угол регулирования.

Максимальное значение выпрямленного напряжения:

(3.26)

Амплитуда первой гармоники пульсаций выпрямленного напряжения определяется соотношением:

(3.27)

где qm – пульсность схемы.

Коэффициент пульсаций выпрямленного тока:

(3.28)

где =2/35 – коэффициент пульсаций при α =0.

(3.29)

где – амплитуда первой гармоники пульсаций выпрямленного тока.

Требуемая суммарная индуктивность контура выпрямленного тока:

(3.30)

отсюда индуктивность сглаживающего дросселя:

(3.31)

1. Конструктивный расчет сглаживающего реактора

Для получения достаточно хорошей фильтрации, как было показано выше, дроссель фильтра должен иметь достаточную индуктивность. Такую индуктивность можно получить, лишь применяя реактор с сердечником из ферромагнитного материала. Практически все реакторы фильтров выполняются с сердечниками из трансформаторной стали и по своей конструкции мало отличаются от трансформаторов.

Реактор, подобно трансформатору, состоит из сердечника, обмотки, каркаса и деталей, скрепляющих сердечник.

Для малых реакторов чаще всего применяются броневые сердечники таких же типов, что и для трансформаторов, но меньших размеров.

Вследствие того, что через реактор фильтра протекает значительная постоянная составляющая выпрямленного тока, сердечник реактора сильно намагничивается постоянным магнитным потоком. При этом, как известно из электротехники, намного уменьшается магнитная проницаемость материала сердечника. Для уменьшения постоянного подмагничивания сердечника в нем применяется воздушный зазор или зазор какого-либо другого немагнитного материала. Для каждого конкретного случая существует наивыгоднейшая длина зазора в сердечнике, при которой реактор обладает наибольшей индуктивностью.

При конструктивном расчете реактора необходимо определить следующие его данные:

1) тип и размеры сердечника;

2) количество витков обмотки ω;