151807 (Проектирование силовых блоков полупроводникового преобразователя), страница 2

I k, m - амплитуда базового тока короткого замыкания.

2.3.3 Выбор вентиля

Вентиль выбирается исходя из среднего тока протекающего через него.

Iа = 106,7 А (см. 2.1.1)

Так же учту максимальный ударный тока и интеграла придельной нагрузки при коротком замыкании.

Iуд =8178,12 A (2.3.2.1)

I t =286,7 кАс (2.3.2.2)

Исходя из этого, выбираем тиристор T2-320. [4 , c.116]

Основные параметры тиристора приведены в таблице 3.

Таблица 3 .

2.3.4 Расчёт допустимого тока нагрузки на вентиль в установившемся режиме

[ I в] = ; (2.3.4.1),

Uo = 1,36 В - пороговое напряжение (см. таб.3).

Rд = 0,9 мОм - динамическое сопротивление в открытом состоянии (см. табл .3).

Кф = 1,77 - коэффициент формы тока.

Мощность электрических потерь:

[ P ] = ; (2.3.4.2), [6, c.29 ].

[ н ] = 125С - номинальная температура кристалла.

с = 15С - температура окружающей среды (см. табл.1).

Тепловое сопротивление вентиль - охладитель:

R = R пк + R ос + R ко (2.3.4.3), [6, c.28]

R пк = 0,05 С/Вт - тепловое сопротивление переход - корпус.

R ос - установившееся тепловое сопротивление охладитель - среда.

R ко - установившееся тепловое сопротивление корпус - охладитель.

Выберу охладитель ОA-034 [3 ,с.114, табл.1-26], с учётом мощности отводимого тепла Pн = 240 Вт. Где Rос = 0,3С/Вт,

R = 0,05 + 0,3 = 0,35С/Вт.

Тогда

[ P] = =314,29 Вт;

[ I в] = = 151,93 A;

Максимально допустимый средний ток тиристора I а = 320А (см. таблицы 3).

Следовательно, тиристор в установившемся режиме выдерживает проходящий через него ток.

2.3.5 Температурный расчёт тиристоров в различных режимах работы

а) Номинальный режим:

Мощность электрических потерь:

Pн = UO Iа + К ф Rд Iа = 1,2 16,5 + 1,73 0,008 16,5= 22 Вт (2.3.5.1)

Uo = 1,36 В - пороговое напряжение (см . табл .3).

Iа = 106,7 А - средний ток протекающий через вентиль (см .2.1.1).

Кф = 1,77 - коэффициент формы [2, c.79, табл.1-20]

Rд = 0,9 мОм - динамическое сопротивление в открытом состоянии (см. табл.3).

Перегрев вентиля :

н = Pн R = 175,80,35 =61,53 С (2.3.5.2).

R - тепловое сопротивление вентиль - охладитель (см.2.3.4.3).

Температура монокристаллической структуры вентиля:

н = с + н = 15+ 61,53 =76,5 С (2.3.5.3).

с = 15С - температура окружающей среды (см. табл.1).

Данный перегрев не превышает допустимый, в номинальном режиме.

б) Проверка вентилей при кратковременной технологической перегрузке:

Мощность электрических потерь:

Pн max = UO (Kп Iа) + К ф Rд (Kп Iа) = 1,36 (1,3 106,7) +30,0009 (1,3 106,7)= 228,6 Вт (2.3.5.4).

Kп = 1,3- кратность кратковременной технологической перегрузки(см. табл.1).

Перегрев вентиля:

н max = н +(Pн max - Pн ) Rtкп = 61,53 +(228,6-175,8) 0,0125=62,19С (2.3.5.4)

н - перегрев вентиля при номинальном режиме.

Pн - мощность электрических потерь при номинальных перегрузках.

Rtкп = 0,0125 С/Вт , при t =30 мс , по графику. [3 , c.120]

Температура монокристаллической структуры вентиля:

н max = с + н max = 15 + 62,19 = 77,19 С (2.3.5.5).

с = 15 С - температура окружающей среды (см . табл.1).

Данный перегрев не превышает допустимый , в данном режиме.

в) Проверка вентилей при длительной технологической перегрузке:

Мощность электрических потерь:

Pн max = UO (Kп Iа) + К ф Rд (Kп Iа) = 1,36 (1,1 106,7) +3 0,0009 (1,1 106,7)= 193,4 Вт .

Kп = 1,1- кратность длительной технологической перегрузки (см. табл.1).

Перегрев вентиля:

н max = н +(Pн max - Pн ) Rtкп = 61,53 + (193,4 –175,8 ) 0,04 = 62,23С

н - перегрев вентиля при номинальной перегрузке.

Pн - мощность электрических потерь при длительной перегрузке.

Rtкп = 0,04 С/Вт , при t = 4 с , по графику. [3, c. 120]

Температура монокристаллической структуры вентиля:

н max = с + н max = 15 + 62,23 = 77,23 С.

с = 15 С - температура окружающей среды (см. табл.1).

Данный перегрев не превышает допустимый, в данном режиме.

2.3.6 Проверка вентилей по обратному напряжению

Выбор допустимого обратного напряжения выполняется ориентировочно так:

Uобр. max = Uн 1,05 = 260 1,05 = 273 В . [1, c. 217]

Уточнённое значение:

Uобр. max = Кхх U2m (2.3.6.1) , [1, c. 12].

U2m = 2 U2 = 2 230 = 325,3 В - амплитуда напряжения вторичной обмотки трансформатора .

= 2,44 (2.3.6.2) , [1, c. 13].

А = 0,5 – коэффициент, характеризующий кратность падения напряжения на стороне выпрямленного тока по отношению к Uk , % . [3, c.76].

Uk , % = 4,7 % - напряжение короткого замыкания (см .табл.2).

- падение напряжения на вентиле.

В (2.3.6.3) .

[ I а] = 106,7А - допустимый ток нагрузки на вентиль (2.3.4.1).

Uo = 1,36 В - пороговое напряжение (см. табл.3).

Rд = 0,9 мОм - динамическое сопротивление в открытом состоянии (см. табл.3).

b = 1- коэффициент зависящий от схемы соединения вентилей [3 , табл.3]

Uн =260 В - номинальное значение выпрямленного напряжения на нагрузке (см. табл.1).

UК=1 В - суммарное падение напряжения во всех элементах выпрямителя.

UС % = 15 % - колебание напряжения питающей сети (см .табл.1).

Нахождение номинального угла регулирования:

UН = UНО Cos (2.3.6.4), [ 3, c.83]

UНО = U2 2,34= 230 2,34= 538,2 В- напряжение холостого хода [1, c.217]

U2 = 230 В - фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

- номинальный угол регулирования.

Тогда:

Cos = ; = arcCos(0,483) = 61,1 (2.3.6.5).

Тогда:

Uобр. max = 2,44 325,3 = 794,36 В.

Максимально допустимое постоянное обратное напряжение вентиля 1400 В, значит вентиль выдерживает прикладываемое к нему обратное напряжение.

2.4 Расчёт электрических параметров уставок автоматов защиты от токов КЗ перегрузок и элементов схем защиты от перенапряжений

2.4.1 Выбор защиты от внутренних, коротких замыканий

Рис.2 Схема замещения аварийного контура при внутреннем К.З.

Кривую мгновенного тока внутреннего К.З. строю по графику

при заданном угле [3,с.106,рис.1-130] для

Рис.3 Кривая мгновенного значения тока внутреннего К.З.

Для защиты тиристоров от внутренних К.З. применяют быстродействующие плавкие предохранители, включаемые в плечо каждого тиристора.

Плавкие предохранители выбираются исходя из действующего значения первой полуволны тока внутреннего К.З.

(2.4.1.1), [3,с.108]

где I_уд=8178.12 (A) -ударный ток, рассчитанный по формуле (2.3.2.1)

A

Для защиты плавкими предохранителями тиристоров должно выполняться защитное соотношение:

( 2.4.1.2) [7,с.321]

Здесь - верхнее значение полного Джоулева интеграла отключения.

допустимый перегрузочный параметр тиристора Т2-320

n – число параллельно включенных в плечо тиристоров; n=1.

(2.4.1.3)

Для защиты вентилей от внутренних К.З. применим быстродействующие плавкие предохранители серии ПНБ 5.

При данном действующем токе A и

По характеристике полных интегралов предохранителей серии ПНБ5, выбираю плавкую вставку на номинальный ток I_ном=160 A , что удовлетворяет условию:

[7,с.14, рис. 1-10]

Проверка условия селективности защиты.

Селективность- отключение только поврежденных вентилей без нарушения работы исправных вентилей и преобразователя в целом.

Т.е. за время срабатывания предохранителя поврежденной ветви не должны плавиться предохранители не поврежденных ветвей:

(2.4.1.4) [8.с.108]

где

К – коэффициент неравномерности загрузки тиристоров , [4,с.108] берем К=1,2

Плавкие предохранители условию селективности удовлетворяют.

2.4.2 Расчет К.З. со стороны постоянного тока

Рис 4. Схема замещения аварийного контура при К.З. со стороны постоянного тока.

Кривую мгновенного тока К.З. со стороны постоянного тока строю по графику при заданном угле [3,с.106,рис.1-130] для

Рис.5.Мгновенное значение тока в тиристорах при внешнем К.З. со стороны постоянного тока.

Для защиты от внешних К.З. на постоянном токе выбираю автоматический выключатель А3730 на ток 400 А, с собственным временем отключения 13 мс.

Параметры автоматического выключателя А3730.

Таблица 4.

Интеграл полного отключения автоматического выключателя:

,

где - время нарастания тока до тока уставки. (2.4.2.1)

- время срабатывания выключателя, [табл.4];

Из рис.5. A