Выбор силовой схемы реверсивного тиристорного преобразователя

 

2.5. Расчет и  выбор силовой коммутационной  и защитной

аппаратуры

2.5.1. Расчет  и выбор R-C цепочек

 

Для ограничения скорости нарастания прямого напряжения используется RC цепочки, которые подключаются параллельно каждому тиристору.

Используя стандартный ряд сопротивлений выбираем резистор с сопротивлением в пределах 18…51Ом [11].

Из уравнения [5, стр.81]

, (2.17)

где  U_уст- установившееся  напряжение  на  тиристоре,

U_уст = Ö2 U_2л.ном;

- максимально допустимая критическая скорость нарастания прямого напряжения на тиристоре (табл. 2.2), находим постоянную времени t и значение емкости . Используя стандартный ряд емкостей, выбираем емкость конденсатора.

Используя стандартный  ряд емкостей выбираем конденсатор С=8нФ

 

2.5.2. Расчет  и выбор предохранителей

 

Для защиты тиристорного преобразователя от внутренних коротких замыканий во вторичную обмотку трансформатора установим предохранители.

Находим амплитудное  значение базового тока короткого замыкания по формуле

 

, (2.18)

где U_2ф.max – амплитудное значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора U_2ф.max = Ö2× U_2ф.ном;

x_2Т - индуктивное сопротивление трансформатора, приведенное к вторичной обмотке;

r_2Т - активное сопротивление трансформатора, приведенное к вторичной обмотке.

Находим полное, активное и индуктивное сопротивления вторичной обмотки трансформатора [4, стр.105]:

, (2.19)

где U_{к %} - напряжение короткого замыкания (табл. 2.1).

U_2л.ном - номинальное линейное напряжение вторичной (вентильной) обмотки трансформатора.

Активное сопротивление, приведенное к вторичной обмотке трансформатора

, (2.20)

где  Р_кз - мощность короткого замыкания (табл. 2.1);

I_2.ном - номинальный ток вентильной обмотки (табл. 2.1).

Индуктивное сопротивление, приведенное к вторичной обмотке трансформатора

. (2.21)

Для нахождения ударного тока внутреннего короткого замыкания определяем коэффициент k₁ по графику [4, рис.1-129а] в зависимости от ctgj_к

.

Если значение ctgj_к получается больше 1, то при определении коэффициента k₁ значение ctgj_к  принимается равным 1

ударный ток внутреннего короткого замыкания

.

Выбираем плавкий предохранитель (типа НПН, ПН2 или ПР-2) [12], исходя из условий:

- номинальное напряжение  предохранителя должно соответствовать напряжению цепи U_2.ном, в которой он установлен;

- номинальный ток предохранителя I_пр.ном должен быть больше

 максимального рабочего тока I₂, протекающего через него;

- номинальный ток плавкой вставки I_пл.вст должен быть больше или равен максимальному рабочему току I₂, протекающего через него.

После выбора предохранителя и плавкой вставки производится проверка предохранителя на срабатывание при коротком замыкании

.

I_пл.вст<

 

параметры выбранного предохранителя необходимо свести в таблицу 2.3

 

Таблица 2.3

параметры  предохранителя

Тип предохранителя	ПН2-250
Номинальное напряжение предохранителя, В.	380
Номинальный ток предохранителя, А.	250
ток плавкой вставки предохранителя, А.	200

 

 

 

2.5.3. Расчет и выбор автоматического выключателя

 

Для защиты тиристорного преобразователя от внешних коротких замыканий  в  первичную  обмотку трансформатора устанавливают автоматический выключатель.

Для вычисления ударного тока внешнего короткого замыкания

определяем коэффициент k₂ по  [4, рис.1-127а] в зависимости от ctgj_к:

.

k₂=0.84

 

ударный ток внешнего короткого замыкания:

 

автоматический выключатель с комбинированным расцепителем [12] (рекомендуются следующих типов А3100, А3700, АЕ2000, АП50 и др.) выбирают из условий:

-номинальный ток автомата должен быть больше  рабочего тока  первичной обмотки трансформатора

;

-номинальное напряжение автомата должно быть больше или

равно сетевому напряжения U_1.ном;

-число полюсов было равно числу фаз питающей сети;

-номинальный ток теплового расцепителя должен  быть  больше рабочего  тока I₁;

-номинальный ток электромагнитного расцепителя должен быть больше  рабочего тока  I₁;

-ток срабатывания электромагнитного расцепителя должен быть меньше действующего значения ударного  тока  внешнего короткого  замыкания протекающего через выключатель  ;

Выписываем параметры выбранного автоматического выключателя в таблицу 2.4

 

 

 

 

 

Таблица 2.4

параметры автоматического выключателя

Тип автоматического выключателя	АЕ-20
Число полюсов	3
Номинальное напряжение, В.	380
Номинальный ток автомата, А.	100
Номинальный ток теплового  расцепителя, А.	80
Номинальный ток электромагнитного  расцепителя, А	80
ток срабатывания электромагнитного расцепителя, А.	700

 

 

 

3. Выбор структуры и основных узлов системы

импульсно-фазового управления (СИФУ)

тиристорным преобразователем

 

Система управления преобразовательным устройством предназначена для генерирования и формирования управляющих импульсов определенной формы и длительности, распределения их по фазам и изменения момента подачи на управляющие электроды вентилей преобразователя. В настоящее время широкое распространение получили электронные (полупроводниковые)  системы  управления  вентильными преобразователями,  так  как  они имеют ряд преимуществ перед электромагнитными системами: высокое быстродействие, надежность, малая потребляемая мощность и малые габариты.

Системы  управления,  в которых  управляющий сигнал имеет форму импульса, фазу которого можно регулировать, называют импульсно-фазовыми.

Системы  управления могут выполняться по синхронному и асинхронному принципам.

Синхронный принцип импульсно-фазового управления преобразователями является наиболее  распространенным. Его характеризует такая функциональная связь узлов СУ, предназначенных для получения управляющих  импульсов, при которой синхронизация управляющих импульсов осуществляется напряжением сети переменного тока.

Асинхронные системы  управления преобразователями применяются при существенных искажениях  напряжения питающей сети, в частности при значительной несимметрии трехфазных напряжений по величине и фазе. Использование в таких условиях синхронной системы  невозможно ввиду получающейся  недопустимой  асимметрии  в  углах по каналам управления  тиристорами.  Наиболее  распространены асинхронные СУ в преобразователях,  потребляющих  мощность, соизмеримую с мощностью питающей сети. В данном проекте необходимо использовать синхронную систему управления.

Существуют системы  управления, построенные по горизонтальному и вертикальному принципу. Горизонтальное управление не нашло широкого  распространения, так как мостовые фазовращатели критичны к форме и частоте подаваемого напряжения. Исходя из вышесказанного, выбираем систему управления, построенную по вертикальному принципу.

Функциональная схема  СИФУ изображена на рис 3.1 и содержит:

ИСН – источник  синхронизирующего  напряжения  (трехфазный  маломощный трансформатор);

УО – управляющий орган;

ГОН – генератор опорного напряжения;

НО1 – нуль-орган;

ФДИ – формирователь  длительности импульсов;

УИ – усилитель импульсов;

ВУ – выходное устройство;

 

 

 

 

                                                    Рис. 3.1. Функциональная схема СИФУ 

4. Расчет и выбор основных  элементов системы импульсно-фазового управления (СИФУ) преобразователя

        для расчета основных элементов системы импульсно-фазового управления (СИФУ) преобразователя вначале требуется выбрать тип цифровых и аналоговых микросхем.

 

 В качестве операционного  усилителя выберем микросхему  К140УД7 с параметрами, приведенными  в таблице 4.1

Таблица 4.1

Параметры ОУ К140УД7.

Параметр	Значение
Коэффициент усиления
Напряжение смещения нуля , мВ	9
Входные токи , нА	400
Разность входных токов  , нА	200
Максимальный выходной ток  , мА	20
Максимальное выходное напряжение , В	10,5
Максимальное входное напряжение , В	12
Максимальное входное синфазное  напряжение , В	12
Напряжение питания  , В	±15
Нагрузка подключаемая к выходу ОУ  RВЫХ.ДИФ.,МОм	0,4

 

Выбираем в качестве логических элементов будем применять  микросхемы серии К155 с параметрами, приведенными в таблице 4.2:

        К155ЛА3 – 4 логических  элемента “2И-НЕ”;

К155ЛЕ1 – 4 логических элемента “2ИЛИ-НЕ”.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.2      Параметры логических элементов.

Параметр	Значение
Максимальное напряжение питания  , В	6
Максимальное напряжение на входе  , В	5,5
Минимальное напряжение на входе  , В	-0,4
Входной ток “нуля”, не более  , мА	-1,6
Входной ток “единицы”, не более  , мА	0,04
Выходной ток “нуля”, не более  , мА	16
Выходной ток “единицы”, не более  , мА	6
Выходное напряжение “нуля”, не более  , В	0,4
Выходное напряжение “единицы”, не менее  , В	2,4
Коэффициент разветвления по выходу	10
Коэффициент объединения по входу	8

     Выходной  ток «единицы» рассчитывается  как: I¹_ВЫХ=U¹_ВЫХ/R_ВЫХ, где R_ВЫХ=0,4 кОм – максимальная нагрузка подключаемая к выходу логического элемента[7].

I¹_ВЫХ=2,4/0,4·10³=6·10^-3А.

Полученное значение заносим в таблицу 4.2.

 

4.1. Расчет и выбор элементов генератора опорного напряжения

Для работы СИФУ используется косинусоидальное или линейное пилообразное опорное напряжение, максимальное и минимальное значения которого должны находиться в точках естественной коммутации вентилей. Для трехфазных схем преобразователей точки естественной находятся в точках пересечения фазных напряжений.

Для примера, вначале, рассмотрим генератор опорного косинусоидального напряжения (рис 4.1) Он состоит  из трехфазного трансформатора  синхронизации Т1, действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки U_2синх которого выбирают в пределах 12…18 В, и инвертирующего усилителя (на основе операционного усилителя).

чтобы максимальное и минимальное значения опорного напряжения  находились в точках естественной коммутации вентилей, необходимо напряжение последующей фазы трансформатора синхронизации, имеющего такую же группу соединения обмоток, как и силовой трансформатор (U\U-0), проинвертировать. Этим достигается нужный сдвиг косинусоиды опорного напряжения относительно силового напряжения (рис. 4.2).