151807 (Проектирование силовых блоков полупроводникового преобразователя), страница 3

Тогда по формуле (2.4.2.1):

Условие защиты вентилей:

Условие селективности:

Следовательно, автоматический выключатель предъявляемым требованиям удовлетворяет.

2.5 Расчет элементов схемы защиты от перенапряжений

2.5.1 Расчет элементов защиты коммутации в VS

Для защиты тиристоров преобразователя от коммутационных перенапряжений, необходимо параллельно каждому тиристору включить R-C цепочку, параметры которой определим по формулам: [8,с.375]

Рис.6. Включение R-С цепей для защиты VS от перенапряжений.

(2.5.1.1) [8,с.375]

=300Кл [3,с.174], где -заряд переключения тиристора Т2-320

-амплитуда рабочего напряжение на вентиле

По формуле (2.5.1.1)

По каталожным данным выбираю конденсатор типа К42-4, с номинальным напряжением U_н=300 (В) и С=0.5мкФ [7,с.221]

Величину сопротивления определим из соотношения:

(2.5.1.2) [8,с.375]

где L- индуктивность обмотки трансформатора

,

где -угловая частота питающей сети

L=0.07 (мГн)

По формуле (2.5.1.2):

Мощность рассеиваемая резистором определим по формуле:

(2.5.1.3)

выбираем резистор типа ОМЛТ, номинальная мощность P_н=0.125(Вт), сопротивление которого R_н=12(Ом) [7,с.17]

2.5.2 Расчет элементов защиты от коммутации в нагрузке

Защиту от перенапряжений в нагрузке осуществим включением в цепь выпрямленного тока параллельного тиристора.

Выбор и расчет тиристора производим по методике, приведенной в [2,с.40]

Среднее значение тока тиристора определим по формуле:

, (2.5.2.1)

где - угол регулирования;

Максимум тока будет при равенстве нулю производной

т.е.

Данное уравнение решим графически:

1. зависимость ;

2. зависимость ;

Из рисунка видно, что максимален при =1.3 рад.[74.4 эл.град]

В этом случае величина максимального тока тиристора определима по формуле (2.5.2.1):

Максимальное обратное напряжение на тиристоре с учетом перегрузки:

, (2.5.2.2)

где - кратность кратковременной перегрузки, [табл.1]

В качестве нулевого диода можно использовать 2Д203А [3,с.84], ,и .

Т. к. нагрузка якорь двигателя, нужно поставить параллельно ему сглаживающий дроссель.

Выбираем дроссель марки СРОСЗ-6300УХЛ 4 с номинальным током 6300А и индуктивностью L=0.252мГн.

2.5.3 Согласование перегрузочных характеристик выпрямителя и элементов защиты

Построим время-токовые характеристики для тиристора Т2 – 320 и предохранителя ПНБ5.

Зависимость I(t) для плавкой вставки предохранителя ПНБ5 на приведена в справочной литературе [9, с.13, рис.1-8], для тиристора Т2–320 по графику I_{ос уд} (t) [3, c. 121]

Здесь I_{ос уд} – ударный неповторяющийся ток тиристора в открытом состоянии.

Характеристика предохранителя ПНБ5 имеет вид: , автоматического выключателя А3740:

Максимальное значение допустимого тока в установившемся режиме:

Определим амплитуду тока тиристора:

(2.5.3.1) [1, с. 19]

Амплитуда тока кратковременной перегрузки:

(2.5.3.2)

Амплитуда тока длительной перегрузки:

, (2.5.3.3)

Рис.7 Согласование перегрузочных характеристик.

На рис.7 показаны:

1) Перегрузочная кривая тиристора.

2) Характеристика плавких предохранителей

3) Характеристика автомата со стороны постоянного тока.

4) Рабочая характеристика преобразователя.

3. Расчет характеристик выпрямителя

3.1 Расчет внешних характеристик

Внешняя характеристика описывается выражением :

(3.1.1) [3, с. 83]

где - напряжение холостого хода;

- уменьшение выпрямленного напряжения за счет перекрытия при индуктивной нагрузке;

R-активное сопротивление цепи

падение в вентилях; в полупроводниковых преобразователях мало и им можно пренебречь, кроме того, в установках средней мощности , поэтому:

(3.1.2)

В относительных единицах формула (3.1.2) будет иметь вид:

(3.1.3)

где - отношение тока нагрузки к току К.З.

Тогда формула (3.1.3) будет иметь вид:

,(3.1.4)

где

По формуле (3.1.4):

(3.1.5)

Определим по формуле (3.1.5) и заносим в табл. 5. значение для разных углов .

Внешняя характеристика в выпрямительном режиме

Таблица 5

В инверторном режиме внешняя характеристика описывается выражением:

(3.1.6)

где - угол опережения,

В относительных единицах (3.1.6) будет иметь вид:

(3.1.7)

В инверторе существует граница предельного тока, зависящая от углов и :

(3.1.8)

где ,

- угол восстановления запирающих свойств вентиля

, (3.1.9)

где - частота питающей сети, ;

- время выключения тиристора, [3,с.176]

По формуле (3.1.9):

Для обеспечения устойчивой работы инвертора необходимо ограничить угол минимальным значением .

Примем и определим из соотношения

;(3.1.10)

По формуле (3.1.9):

Уравнение границы предельного тока подсчитаем по формуле (3.1.8)

(3.1.11)

Тогда формула (3.1.7) примет вид:

(3.1.12)

Внешняя характеристика в инверторном режиме строится по формуле (3.1.12) и заполняется табл.6: граница предельного тока строится по формуле (3.1.11) и заполняется табл. 7. соответственно.

Внешняя характеристика в инверторном режиме

Таблица 6.

Граница предельного тока

Таблица 7.

По данным из таблиц 5, 6, 7. строим внешнюю характеристику преобразователя в выпрямленном и инверторном режиме.