Разработка ветроэнергетической установки (стр. 9 из 13)
3.2 Расчет параметров элементов схемы управляемого выпрямителя (этап параметрического синтеза)
На рис. 3.2 представлена упрощенная схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя для расчета параметров основных элементов.
Рисунок 3.2 – Упрощенная схема трехфазного управляемого выпрямителя
Напряжение питающей сети по стандарту на качество электрической энергии может максимально отклоняться от номинала до ±10%. Поэтому необходимо обеспечить номинальное выпрямленное напряжение и при минимально возможном напряжении сети, при этом угол регулирования α в выпрямителе рационально иметь равным нулю. Тогда, учитывая, что Uя.н. = Ud0, имеем:
(3.1)полагая, что обмотки трансформатора будут соединены по схеме звезда звезда и коэффициент трансформации входного трансформатора:
(3.2)Среднее значение анодного тока вентиля:
(3.3)Действующее значение анодного тока вентиля:
(3.4)Выбираем тиристор по среднему значению анодного тока с учетом того, что здесь коэффициент амплитуды Ка=2, а рабочее обратное напряжение должно выбираться по формуле:
(3.5)где
– расчетное обратное напряжение, равное амплитуде линейной Э.Д.С. трансформатора при максимальном напряжении питающей сети;ККП=1,4 – коэффициент, учитывающий наличие коммутационных перенапряжений;
КЗ=1,1 – коэффициент запаса;
Кр=0,8 – коэффициент рекомендуемого соотношения между рабочим и допустимым повторяющимся напряжением на вентиле.
Это тиристор Т132-50, имеющий следующие параметры: динамическое сопротивление в открытом состоянии – Rдин = 4,6 мОм, пороговое напряжение – U0 = 1,03 В, максимально допустимая температура перехода – Тjm =125 оС. [15] Действующее значение вторичного тока трансформатора:
(3.6)Действующее значение первичного тока трансформатора:
(3.7)Расчетная мощность обмоток трансформатора:
(3.8)По справочным данным выбираем трансформатор типа ТСЗ-10/0,38. который имеет следующие параметры:
- номинальная мощность S = 10 кВА;
- номинальная частота f = 50 Гц;
- потери холостого хода Рх.х. = 650 Вт;
-потери короткого замыкания Рк.з. = 250 Вт;
- ток холостого хода Iх.х. = 7,5%;
- напряжение короткого замыкания Uк.з = 3,5%.
Через эти параметры трансформатора определим нужные нам параметры элементов Т-образной схемы замещения трансформатора.
Модуль полного сопротивления короткого замыкания трансформатора:
(3.9)Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к первичной стороне:
(3.10)Реактивное сопротивление рассеивания обмоток трансформатора, приведенное к первичной стороне:
(3.11)Тогда то же сопротивление, приведенное ко вторичным обмоткам трансформатора и называемое уже анодным сопротивлением Ха, будет равно:
(3.12) 
(2.13)3.2.1 Проверка вентилей по тепловому режиму
Проверяем тепловой режим выбранного вентиля по усредненной температуре полупроводниковой структуры:
(3.14)где
– температура полупроводниковой структуры в стационарном режиме, оС; 
– температура окружающей среды, 40 оС; 
– тепловое сопротивление прибора и охладителя для выбранных условий охлаждения, оС/Вт; 
– мощность потерь в вентиле, Вт; 
– максимально допустимая температура полупроводниковой структуры выбранного вентиля, оС.Определим потери в вентиле:
(3.15)где U0 =1,03 – пороговое напряжение вентиля, В;
Iа = 13,26 – среднее значение анодного тока вентиля, А;
Кф =
– коэффициент формы анодного тока вентиля;Rд = 4.6*10-3 – дифференциальное сопротивление вентиля, Ом.
Охладитель выбираем типа О231-80, у которого тепловое сопротивление равно
= 0,2 оС/ВтТепловое сопротивление вентиля и охладителя с естественным охлаждением определяется таким образом:
r т = r1 + r2 + r3, (3.16)
где r1 – тепловое сопротивление переход-корпус прибора, °С/Вт;
r2 – тепловое сопротивление корпус прибора – контактная поверхность охладителя, °С/Вт;
r3 – тепловое сопротивление охладитель – окружающая среда, °С/Вт.
Общее тепловое сопротивление равно:
rт = 0,5+0,2+0,85=1,55 °C/Вт (3.17)
Тогда температура структуры в стационарном режиме:
Qст = 40 + 1,55 ·16,35 = 65 °C (3.18)
Максимально допустимая температура структуры приведена в справочнике и составляет
= 125 °C. Таким образом, сравнивая расчетную и взятую со справочника температуру приходим к выводу, что тепловой режим вентиля нам подходит.3.2.2 Ограничение коммутационных перенапряжений
При выключении силовых диодов и тиристоров из-за обрыва обратного тока на индуктивности коммутационного контура возникает ЭДС, которая суммируется с коммутирующей ЭДС. Эта ЭДС обычно называется коммутационным перенапряжением. Для ограничения перенапряжения применяются защитные RC – цепочки, включаемые параллельно полупроводниковым приборам.
Для расчета защитной цепочки необходимо знать амплитуду обратного тока защищаемого вентиля и индуктивность контура коммутации, которая в основном определяется реактивной составляющей сопротивления КЗ анодного трансформатора:
(3.19)Амплитуда обратного тока вентиля зависит от величины наполненного заряда и скорости уменьшения анодного тока, которая может быть вычислена по формуле:
(3.20)где
– скорость изменения анодного тока; 
– амплитуда коммутирующей ЭДС;Lk – индуктивность коммутационного тока вентиля.
Для найденного значения скорости изменения анодного тока по зависимостях, приведенных в справочнике, определяем величины заряда и времени обратного восстановления.
Заряд обратного восстановления:
Время обратного восстановления:
Тогда амплитуда обратного тока вентиля равна:
(3.21)Вычисляем сопротивление резистора защитной цепи, равное волновому сопротивлению контура.
(3.22)Вычисляем емкость защитной цепочки:
(3.23)Выбираем значения: Rд = 150 Ом, Сд = 68 нФ.
Мощность, рассеиваемая в резисторе защитной цепи, определяется энергией, запасенной в элементах колебательного контура при включении и выключении вентиля. Эта мощность вычисляется по формуле:
(3.24)Таким образом, выбираем следующие элементы:
1. Резистор – МЛТ2-0,125-270 Ом
10% ОЖО.467.081ТУ;2. Конденсатор – КМ 68 нФ-630 В ОЖО.462.141 ТУ.
3.2.3 Расчет индуктивности сглаживающего реактора
В большинстве случаев переменная составляющая выпрямленного напряжения (пульсация), действующая на выходе выпрямителя, недопустимо велика для потребителей. Сглаживающий фильтр, который включается между выходом выпрямителя и нагрузкой, предназначен для уменьшения пульсации.