Статический преобразователь средней мощности (стр. 2 из 4)

2. Расчёт токов и напряжений. Выбор тиристоров и охладителей

Основными элементами преобразователя являются трансформатор и группа тиристоров. При расчёте из всех параметров трансформатора будем учитывать только индуктивности его обмоток, обусловленные наличием потоков рассеяния; принимаем, что ток холостого хода трансформатора равен нулю.

2.1. Выбор минимального значения угла управления

a_min=10⁰.

2.2. Номинальное и максимальное значение угла управления

(2.1,2.2)

где К1,К2 - коэффициенты;

a_nomrad - номинальное значение угла управления;

a_maxrad - максимальное значение угла управления;

(2.3,2.4)

где Upitlin=380 в - напряжение питания линейное;

DU_pitlin=10 % - пределы изменения линейного напряжения питания.

Получено К1=0.9; К2=1.1; a_nom=27.585; a_max=36.317.

2.3. Выбрано относительное напряжение U_d₀=0,65.

2.4. Выпрямленный ток в относительных единицах

(2.5)

2.5. Электродвижущая сила (ЭДС) выпрямителя

, (2.6)

где U_dnom=U_d+DU_a

Принято DU_a=6 В.

Получено E_d=301,538 В.

2.6. Амплитудное значение фазной ЭДС на вторичной стороне трансформатора:

(2.7)

Получено E₂_mf=182,31 В.

2.7 Индуктивное сопротивление

Ом (2.8)

где I_d=100 А - ток в нагрузке;

Получено Xg=0,746 Ом

2.8. Угол коммутации

(2.9)

Получено g_ном=37,979°.

2.9. Наибольший выпрямленный ток короткого замыкания (КЗ)

(2.10)

Получено I_dkz=244,3 А.

2.10. Действующее значение первой гармоники тока вторичной обмотки трансформатора

, (2.11)

где

, (2.12)

где

(2.13)

(2.14)

Получено I₂_f₁=76,62 A.

2.11. Действующее значение токов вторичных обмоток трансформатора, соединённых по схеме «звезда»

(2.15)

Получено I₂_f=77,223 А.

2.12. Коэффициент трансформации трансформатора

(2.16)

Получено K_tr=1,702.

2.13. Действующее значение токов первичных обмоток трансформатора, соединённых по схеме «звезда»

(2.17)

Получено I₁_f=45,375 А.

2.14. Полная мощность трансформатора

(2.18)

Получено S=29,864 кВт.

2.15. Угол сдвига первой гармоники входного тока относительно фазной ЭДС:

(2.19)

Получено f=48,588°.

2.16. Активная мощность на входе выпрямителя

(2.20)

Получено Р=19,6 кВт.

2.17. Коэффициент мощности выпрямителя

(2.21)

Получено К=0,656.

2.18. Среднее значение анодного тока

(2.22)

Получено I_asr=33,33 А.

2.19. Максимальное значение анодного тока I_am=I_d=100 A.

2.20. Действующее значение анодного тока

(2.23)

Получено I_a=94,578 А.

2.21. Скорость спада анодного тока в момент выключения вентиля

(2.24)

dI_ad_Q=94,578 А/мкс

2.22. Анодное напряжение в момент включения вентиля

(2.25)

Получено Uaon=146,221 В.

2.23. Анодное напряжение в момент выключения вентиля

(2.26)

Получено Uaoff=287,485 В.

2.24. Максимальное значение обратного анодного напряжения

(2.27)

Получено Uarm=-315,77 В.

2.25. Все расчеты проведены для значений Ud0 от 0,45 до 0,8 с шагом 0,05. Результаты занесены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Параметры преобразователя при различных значениях Ud0

Ud0	Параметры преобразователя
Ud0	Id0	Ed B	E2mf B	Xg мОм	gnom рад	gnom град	Idkz кA		I21 A	I2f1 A	I2f A	Ktr
0,45	0,756	435,6	263,3	1990	1,076	61,6		0,132	0,563	74,55	74,33	1,18
0,50	0,669	392	237,0	1576	0,975	55,9		0,149	0,503	75,13	75,05	1,31
0,55	0,583	356,3	215,5	1255	0,874	50,1		0,171	0,441	75,67	75,76	1,44
0,60	0,496	326,7	197,5	979	0,77	44,14		0,202	0,378	76,16	76,48	1,57
0,65	0,409	301,5	182,3	746	0,663	38,0		0,244	0,314	76,61	77,22	1,7
0,70	0,323	280	169,3	549	0,55	31,5		0,309	0,249	77,03	78,0	1,83
0,75	0,236	261,3	158,0	373	0,429	24,6		0,423	0,183	77,39	78,82	1,96
0,80	0,15	245	148,1	221	0,295	16,9		0,668	0,116	77,69	79,71	2,1

Продолжение таблицы 2.1

Ud0 B	Параметры преобразователя
Ud0 B	I1f A	S кBт	fрад	f град	Р кВт	К	Iа A	Uaon B		Uaof B	Uarm B
0,45	63,1	41,5	1,081	61,93	19,6	0,472	91,04		211,21	456,1	-456,1
0,50	57,32	37,73	1,025	58,74		0,519	91,9		190,09	407,8	-410,5
0,55	52,61	34,63	0,968	55,48		0,566	92,78		172,81	364,6	-373,18
0,60	48,68	32,04	0,909	55,11		0,612	93,67		158,41	324,8	-342,8
0,65	45,38	29,86	0,848	48,59		0,656	94,58		146,22	287,5	-315,8
0,70	42,56	28,01	0,783	44,88		0,7	95,52		135,78	251,6	-293,2
0,75	40,14	26,42	0,714	40,92		0,742	96,53		126,73	216,1	-273,7
0,80	38,1	25,05	0,639	36,6		0,783	97,63		118,8	179,7	-256,6

Выбрано относительное напряжение Ud0=0,65 как оптимальное.

2.26. В качестве силовых полупроводниковых приборов выбираем унифицированные низкочастотные тиристоры типа ТБ –113-200 [3]. Которые применяют в цепях постоянного и переменного токов преобразователей энергии. А также в различных силовых электроустановках. Тиристоры обладают параметрами, представленными в таблице 2.2.

Таблица 2.2.

Сравнение полученных параметров с параметрами тиристора ТБ-113-200

Параметр	Максимальное значение анодного тока, А	Действующее значение анодного тока, А	Скорость спада анодного тока в момент выключения тиристора, А/мкс	Максимальное значение обратного напряжения, В
Рассчитанные значения	100	94,578	-315,77	315,77
Справочные значения	500	300-400	-500	600-1200

Ввиду отсутствия стандартных охладителей при монтаже тиристоров будут учитываться конструктивные особенности устройства в целом. Надёжный электрический и тепловой контакты обеспечиваются за счёт приложения осевого усилия сжатия 10000±1000 Н. При этом охладитель и система прижима должны обеспечивать равномерное давление по всей площади контактных поверхностей тиристоров. Для улучшения контактного соединения тиристоров с охлаждающим элементом используется смазка типа КПТ-8 по ГОСТ 19783-74.

3. Расчёт семейства внешних характеристик.

3.1 Внешние характеристики режима 2-3

Зависимость Ud=f(Id) для режима 2-3 прямые линии, которые строятся по двум точкам. Для первой точки каждой характеристики принято Id=0. Напряжение

U_d₀₁ =Ed*cos(a) (3.1)

Расчет проведен для ряда значений a. Результаты занесены в табл. 3.1.

Таблица 3.1.

Внешние характеристики режима 2-3

Напряжение	Значения a, град
Напряжение	0	15	27,6	45	60	70	80
U_d01	301,54	291,26	267,2	213,22	150,77	103,13	52,36
U_d02	266,73	256,46	232,42	178,41	115,96	68,33	17,55

Для второй точки каждой характеристики принято