Расчет параметров элементов и их выбор.

Для выбора элементов схемы выпрямителя определим мощность, которую необходимо получить на нагрузке. По условию необходимо регулировать уровнем напряжения до U_{вых. max} = 100 B на нагрузке с параметрами: R_н. = 1 Ом и L_н = 5 мГн. Отсюда определяем максимальную величину тока через нагрузку I_{d max} = U_{d max} / R_н =100 /1= 100 А. Тогда максимальная величина мощности, отдаваемая в нагрузку равна P_max = U_{d max}· I_{d max} = 10 кВ·А.

Так как схема относится к семейству нулевых схем преобразователей, то необходимо использование трансформатора с выводом «нулевых» точек от двух вторичных обмоток. Необходимость в использовании трансформатора объясняется еще тем, что преобразователь будет работать в промышленных условиях со стандартным допуском напряжения питания .

Для выбора основных элементов силовой схемы (трансформатора, тиристоров) управляемого выпрямителя воспользуемся расчетными соотношениями (таб. 1).

Таблица 1.

Расчетные соотношения для условно-шестифазной схемы выпрямления.

 Примечание: величины в скобках для идеального выпрямителя без потерь.

 

Выбор силового трансформатора.

По таблице 1 определяем расчетную габаритную мощность трансформатора.

S_тр. =1, 41 Р_d =1, 41*10­кВА=14, 6 кВА.

Из справочной литературы выбираем специализированный трансформатор ТСП – 160/0, 7 – УХЛ4 (соответствует ТУ 16 – 717.052-79. Изготовитель УЭТМ г. Свердловск). Габаритные размеры: длина – L = 625 мм, ширина – В = 305мм, высота – Н = 385 мм. Полная масса 120 кг.

Величины потерь в данном трансформаторе:

Р_х.х. =140 Вт, Р_к.з. = 550 Вт при U_к.з. = 5, 2 %, I _х.х. = 10 %.

Расчет паразитных параметров трансформатора.

Выбранный трансформатор имеет габаритную мощность S_тр. = 14, 6 кВА.

Найдем габаритную мощность на одну фазу:

P_габ=S_тр /m=14, 6*10³/3=4866, 667 ВА.

Схема соединений обмоток «звезда – звезда», следовательно, U_1л=380В  и U_1ф.=220В (в соответствии с заданием).

Определим ориентировочную величину коэффициента трансформации c учетом колебаний уровня напряжения в промышленных сетях:

к_тр.=U_1ф./ U₂=U_1ф. / (0, 94 U_d)=(220– 220*0, 15)/(0.94*100)=1, 989

Номинальный ток в первичной обмотке трансформатора:

I_1ном=P_габ/U_1фА=4866, 667/220=22, 121 А

Из условий опыта холостого хода определяем:

I_1х.х. =0, 1*I_1ном. = 0, 1*22, 121 = 2, 212 А.

Полная кажущаяся мощность холостого хода равна

S_х.х. = U_1н.*I_1х.х. = 220*2, 212 = 486, 667 ВА.

Угол сдвига тока относительно напряжения

f_хх=arccos(P_хх/3^*S_хх)=arccos(140/3* 486, 667)=84, 497^о.

Расчетное активное сопротивление, учитывающее потери на гистерезис и вихревые токи

R_ор=Р_хх/3*I²_хх=140/3*2, 212²=9, 538 Ом.

Индуктивное сопротивление намагничивания

Х_ор=w*L_ор= R_ор*tgf_хх=9, 538*tg84, 497=99 Ом.

Расчетная величина индуктивности намагничивания

L_ор= Х_ор/w=99/2*p*50=0, 315 Гн.

По данным опыта короткого замыкания аналогично находим:

U_к.з. = 0, 052U_1н. = 0, 052*220 = 11, 44 В;

Полная кажущаяся мощность короткого замыкания равна

S_к.з. = U_к.з.* I_1н. = 11, 44*22, 121=253, 066 ВА;

Угол сдвига тока относительно напряжения

f_кз=arccos(P_кз/3^*S_кз)=arccos(550/3* 253, 066)=43, 557^о.

Расчетное активное сопротивление, учитывающее потери в обмотках трансформатора (приведение к вентильной стороне):

R_рТР=( R_2р+ R’_1р) = P_кз/3*I²_кз*К²_тр=550/3*22, 121²*1, 989²=0, 095 Ом.

Расчетная величина индуктивного сопротивления, обусловленного магнитными потоками рассеяния

(Х_S2р+Х’_S1р)=(R_2р+ R’_1р)tgf_кз=0, 095tg43, 557=0, 090 Ом.

Индуктивность рассеяния:

(L_S2р+L’_S1р)=(Х_S2р+Х’_S1р)/w=0, 09/314=2, 866*10^-4 Гн.

Итак:

R_o= 9, 538 Ом.

X_o= 99 Ом.

L_o= 0, 315 Гн.

Ls=2, 866*10^-4 Гн.

Xs=0, 09 Ом.

Rтр=0, 095 Ом.

 

Схема замещения одной фазы силового трансформатора и ее параметры:

Выберем Т-образную схему замещения (рис. 3).

Рис.4 Схема замещения для одной фазы трансформатора.

Rтр=2(R_2р+ R’_1р)=(2*Р_кз)/(3*I²_1Н )=2*550/3*22, 121²=0, 749 Ом.

Xs=2(R_2р+ R’_1р) tgf_кз =0, 749*tg43, 577=0, 713 Ом.

Параметры схемы замещения.

продольная ветвь:

R₁ » R^’₂ =r_тр / 2 = 0, 749/ 2 = 0, 375 Ом;

X_s1 » X^’_s2 = X_s / 2 = 0, 713 / 2 = 0, 357 Ом.

поперечная ветвь:

R₀ = 4, 769 Ом; X_m = 49, 5 Ом.

 

Выбор тиристоров.

Основными параметрами по выбору полупроводникового прибора для данного преобразователя являются:  

– предельный средний ток тиристора при соответствующей температуре;

– действующее значение тока через прибор;

– повторяющееся напряжение;

– критическая скорость нарастания прямого тока;

–  критическая скорость нарастания прямого напряжения и др.

 С использованием таблицы 1 определяем величины токов и напряжений, которые будут действовать на управляемые вентили в данной схеме преобразователя:

среднее значение тока через вентиль

I_B= = 0, 333*I_d = 0, 333*100 = 33, 3 A;

максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентилю

U_{m обр.} = 2, 3U_d = 2, 3*100 = 230 B;

величина действующего значения тока тиристора 

I_B = 0, 55*I_d = 0, 55*100 = 55A;

Максимальная величина тока вентиля I_mB = 0.5I_d = 50 A.

Выбираем по справочной литературе тиристор типа ТО142–80, который имеет следующие предельно допустимые параметры:

повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии

Uзсп=600 – 1200 В;

повторяющееся импульсное обратное напряжение  

U_{m обр.}=600 – 1200 В;

максимально допустимый средний прямой ток в открытом состоянии при f=50 Гц, b=180^o, Tk=70^oC

 I_п.к.=80 А;

максимальное действующее значение тока

 I_Bмакс = 125 A;

обратный ток и ток утечки при повторяющемся напряжении и температуре структуры 125 ˚ С 

I _обр. <  50 мА;

критическая скорость нарастания прямого тока

(di/dt)_кр. = 100 А/мкс;

критическая скорость нарастания прямого напряжения

(dU/dt)_кр = 100 В/мкс.

ударный ток при длительности 10 мс и температуре структуры 100 ˚ С

I_уд. = 1350 А.

динамическое сопротивление

r_дин. = 3, 7*10 ^{– 3} Ом.

отпирающий импульсный ток управления при Uзс=12 В

< 150 мА.

тепловое сопротивление переход – корпус < 0, 24 ^оС/Вт.

температура перехода: Тп= -40^оС – +100^оС.

    Данный тиристор относится к разряду оптронных (оптотиристор). Кремниевый диффузионный типа p-n-p-n. Два полупроводниковых элемента: кремниевый фототиристор и арсенид галлиевый излучающий диод объединены в одну конструкцию. Предназначен для применения в помехоустойчивых системах автоматики и в цепях постоянного и переменного тока преобразователей электроэнергии. Выпускаются в металлостеклянном корпусе штыревой конструкции с жёсткими силовыми выводами. Анодом является основание. Масса мене 49 грамм.

    Указания по монтажу: Чистота обработки контактной поверхности охладителя не хуже 2.5. Время пайки выводов управления паяльником мощностью 50-60 Вт при температуре припоя 220^оС не должно превышать 5 с. Закручивающий момент не более 10 Н*м.

Для данного тиристора выбираем охладитель типа О241-80. Крутящий момент не более 10 Н*м.

Аппроксимируем ВАХ данного тиристора линейной функцией, используя справочные данные.

 , где

Δ U₀ = 1, 1 B – прямое падение напряжения при токе I_п.к.;

Тогда аппроксимирующее выражение примет вид:

Δ U = 1, 1 + 3, 7*10 ^{– 3} · i B

 

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: