Выбор тиристоров

Среднее значение тока вентиля:

-трехфазного мостового выпрямителя

I _в.ср.=0,33 I_d =834А;

-дважды трехфазной схемы выпрямления;

I _в.ср.=0,16 I_d =417А;

 

-кольцевой схемы выпрямления

I _в.ср.=0,16 I_d =417А;

 

Максимальное обратное напряжение на тиристорах:

- трехфазного мостового выпрямителя

U _обр.max=1,05 U_d;

-дважды трехфазной схемы выпрямления

U _обр.max=2,1 U_d;

 

-кольцевой схемы выпрямления

U _обр.max=2,1 U_d.

С учетом необходимого коэффициента запаса по напряжению и по току необходимо выбрать тиристоры на напряжение не менее 100В и токи:

-трехфазного мостового выпрямителя I _в.ср.N≥2000А;

 

-дважды трехфазной схемы выпрямления I _в.ср.N≥1000А;

 

-кольцевой схемы выпрямления I _в.ср.N≥1000А.

Для трехфазного мостового выпрямителя выбираем шесть тиристоров типа Т153-2000 [8], параметры которых:

-номинальный ток (среднее значение), I _в.ср.N =2500А;

-максимальное обратное напряжение, U _обр.max= 400В;

-падение напряжения в прямом направлении, ∆U _в.пр.=0,83В;

-динамическое сопротивление тиристора, R _в.д..=1•10^-4Ом;

-тип охладителя 0253 или ОМ106;

-максимальный допустимый средний ток тиристора в открытом состоянии с охладителем типа 0253 или ОМ106 и при скорости охлаждающего воздуха в межреберном пространстве 12м/с и температуре 40⁰С составляет I _ср..доп=2000А.

 

Обратим внимание на то, что при выборе тиристоров необходимо учитывать их предельно допустимые токовые нагрузки с учетом условий охлаждения. Причем эти предельные нагрузки должны быть не менее рассчитанного среднего тока тиристора в установившимся режиме работы выпрямителя с определенным запасом..

 

4.3 Расчет среднего значения напряжения на выходе выпрямителя в режиме холостого хода, U _dхх:

 

U_{d хх}= U_dN +Δ U _в+Δ U_R +Δ U _х+Δ U_RL +Δ U _пр.,

 

 

где: U_d.N - номинальное значение напряжения на выходе выпрямителя при его работе в номинальном режиме;

Δ U _в - прямые падение напряжения на открытых тиристорах, проводящих ток нагрузки;

Δ U_R - суммарное падение напряжения на активных сопротивлениях обмоток трансформатора, и динамических сопротивлениях тиристоров, через которые проходит ток нагрузки;

Δ U _х - падение напряжения, обусловленное явлением коммутации;

Δ U_RL - падение напряжения активном сопротивление обмотки дросселя;

Δ U _пр - падение напряжения на проводах, соединяющих выпрямитель с нагрузкой.

 

U_d.N =7,8В;

Δ U _в = Δ U _в.пр.=0,83В для двойной трехфазной схемы выпрямления с уравнительным реактором и для кольцевой схемы выпрямления;

Δ U _в = 2Δ U _в.пр.=2•0,83=1,66В - для трехфазной мостовой схемы выпрямления.

Δ U_R = I_dNR _ф.э.

 

Эквивалентное активное сопротивление фаз обмоток трансформатора (R _ф.э )для каждой из сравниваемых схем выпрямления определяется по своим соотношениям.

Для кольцевой схемы выпрямления:

R _ф.э=2 R _ф =2(R _тр+0,5 R _в.д).

 

Для двойной трехфазной схемы выпрямления с уравнительным реактором

R _ф.э=0,5 R _ф =0,5(R _тр+ R _в.д).

Для трехфазной мостовой схемы выпрямления:

 

R _ф.э=2 R _ф =2(R _тр+ R _в.д)=2[(R ₂+ R ₁')+ R _в.д].

 

R _тр - активное сопротивление фазы обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной стороне;

R ₁'- активное сопротивление фазы первичной обмотки трансформатора,

R ₂ - активное сопротивление вторичной обмотки;

приведенное к виткам вторичной обмотки трансформатора;

R _в.д - динамическое сопротивление тиристора.

С учетом угла коммутации γ падение напряжения на активных сопротивлениях схемы, Δ U_Rγ:

-для трехфазной мостовой и кольцевой схем выпрямления

-для двойной трехфазной схемы выпрямления с уравнительным реактором

Угол коммутации γ:

При α=0⁰ угол коммутации γ= γ₀:

В общем случае

где

k _т m ₂ - число коммутаций на интервале одного периода питающей сети ровно числу пульсаций выпрямленного напряжения на интервале одного периода питающей сети;

х _ф- индуктивное сопротивление рассеяния обмотки фазы трансформатора и фазы питающей сети, приведенное ко вторичной обмотке.

Примечание:

Для двойной трехфазной схемы выпрямления с уравнительным реактором следует принять ток I_d ^'= I_d /2, а k _т m ₂=3, в остальных схемах I_d ^'= I_d и k _т m ₂=6.

Таким образом, для трехфазной мостовой и кольцевой схемы,

а для двойной трехфазной схемы с уравнительным реактором

Обратим внимание, что для выполнения расчетов падений напряжений Δ U _R и Δ U _х необходимо знать параметры трансформатора- R _тр и х _ф.

Δ U_RL падение напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя определим с помощью графика, отражающем зависимость относительного падения напряжения, Δ U*_RL (%), от мощности нагрузки выпрямителя и приведенном на рисунке 29.

.

 

Падение напряжения на активном сопротивлении проводов, соединяющих выпрямителя с нагрузкой, определим, воспользовавшись следующим соотношением:

 

,

где ρ=0,0175 Ом•мм²/м - удельное сопротивление меди, из которой выполнены соединительные провода;

j - плотность тока в соединительных проводах. Для дальнейших расчетов можно принять j =2А/мм².

Далее определим активное и индуктивное сопротивление рассеяние обмотки трансформатора, воспользовавшись методикой, изложенной в [3].

В соответствии с этой методикой активное сопротивление обмотки трансформатора, приведенное ко вторичной стороне

где: m ₂- число вторичных обмоток;

E ₂- Э.Д.С. фазы вторичной обмотки;

е _кз.,% - напряжение короткого замыкания трансформатора;

cosφ_кз - коэффициент мощности короткого замыкания трансформатора;

S _т - расчетная мощность трансформатора.

 

Зависимости е _кз.,% = f (S _т) и cosφ_кз= f (S _т) и приведены на рисунке 28, [3].

Индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора х _ф, определим после расчета R _тр и определения угла φ_кз=arccos φ_кз, а cosφ_кз определим по графику cosφ_кз= f (S _т), приведенном на рисунке 28.

х _ф= R _трtg φ_кз.

 

4.4 Расчет в первом приближении напряжения холостого хода выпрямителя U_{d хх}.

Для расчета U_{d хх} достоверно известны четыре параметра:

- номинальное напряжение нагрузки U_dN =7,8B;

-падение напряжения на открытом вентиле ∆ U _в.пр.=0,83В;

-падение напряжения на активном сопротивлении проводов, соединяющих выпрямителя с нагрузкой, ∆ U _ш=0,28В;

- падение напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя ∆ U _RL=0,1В;

Остальными падениями напряжения следует задаться.

Примем падение напряжения на активном сопротивлении обмоток трансформатора ∆ U _Rф=0,1 U_dN =0,8В.

 

Падение напряжения от коммутации ∆ U _х=0,05 U_dN =0,4В.

Таким образом, напряжение холостого хода выпрямителя составит

U_{d хх}=7,8+2●0,83+0,8+0,4+0,1=11В.