Проектирование силовых блоков полупроводникового преобразователя (стр. 2 из 5)

i уд = 1,08 - ударный ток в относительных единицах , берётся с кривой [3, с.105, рис.1- 129 а], при ctgjk = 0,545.

Интеграл предельной нагрузки при глухом внутреннем, коротком замыкании

I?× t = I? k, m × (I?× t) = 7572,35І× 0,005 =286,7 кА?×с(2.3.2.2), [3,c.105] ,

где I?×t определяется в зависимости от ctgjkпо кривой[3, с.105, рис. 1- 129 б] I?×t = 0,005 - интеграл предельной нагрузки в относительных единицах.

Ik, m - амплитуда базового тока короткого замыкания.

2.3.3 Выбор вентиля

Вентиль выбирается исходя из среднего тока протекающего через него.

Iа = 106,7 А (см. 2.1.1)

Так же учту максимальный ударный тока и интеграла придельной нагрузки при коротком замыкании.

Iуд =8178,12 A (2.3.2.1)

I?× t =286,7 кА?×с(2.3.2.2)

Исходя из этого, выбираем тиристор T2-320. [4 , c.116]

Основные параметры тиристора приведены в таблице 3.

Таблица 3 .

Пороговое напряжение	1,36 В
Время обратного восстановления	8 мкс
Динамическое сопротивление в открытом состоянии	0,9 мОм
Тепловое сопротивление переход - корпус	0,05°С/Вт
Максимально допустимое постоян. обратное напряжение	( 100 - 1400 )В
Максимально допустимый средний ток в откр. cостоянии	320 А
Максимально допустимый действующий ток в откр. сост.	785 А
Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии	8500 А
Защитный показатель	361,25 кА?×с
Заряд обратного восстановления	300 мк Кл

2.3.4 Расчёт допустимого тока нагрузки на вентиль в установившемся режиме

[ I в] =

; (2.3.4.1),

Uo = 1,36 В - пороговое напряжение (см. таб.3).

Rд = 0,9 мОм - динамическое сопротивление в открытом состоянии (см. табл .3).

Кф = 1,77 - коэффициент формы тока.

Мощность электрических потерь:

[ DP ] =

; (2.3.4.2), [6, c.29 ].

[ qн ] = 125°С - номинальная температура кристалла.

qс = 15°С - температура окружающей среды (см. табл.1).

Тепловое сопротивление вентиль - охладитель:

R = R пк + R ос + R ко (2.3.4.3), [6, c.28]

R пк = 0,05 °С/Вт - тепловое сопротивление переход - корпус.

R ос - установившееся тепловое сопротивление охладитель - среда.

R ко - установившееся тепловое сопротивление корпус - охладитель.

Выберу охладитель ОA-034 [3 ,с.114, табл.1-26], с учётом мощности отводимого тепла Pн = 240 Вт. Где Rос = 0,3°С/Вт,

R = 0,05 + 0,3 = 0,35°С/Вт.

Тогда

[DP] =

=314,29 Вт;

[ I в] =

= 151,93 A;

Максимально допустимый средний ток тиристора I а = 320А (см. таблицы 3).

Следовательно, тиристор в установившемся режиме выдерживает проходящий через него ток.

2.3.5 Температурный расчёт тиристоров в различных режимах работы

а) Номинальный режим:

Мощность электрических потерь:

DPн = UO×Iа + К? ф ×Rд ×I?а = 1,2 × 16,5 + 1,73?× 0,008 × 16,5?= 22 Вт (2.3.5.1)

Uo = 1,36 В - пороговое напряжение (см . табл .3).

Iа = 106,7 А - средний ток протекающий через вентиль (см .2.1.1).

Кф = 1,77 - коэффициент формы [2, c.79, табл.1-20]

Rд = 0,9 мОм - динамическое сопротивление в открытом состоянии (см. табл.3).

Перегрев вентиля :

Dqн = DPн ×R = 175,8×0,35 =61,53 °С (2.3.5.2).

R - тепловое сопротивление вентиль - охладитель (см.2.3.4.3).

Температура монокристаллической структуры вентиля:

qн = qс + Dqн = 15+ 61,53 =76,5 °С (2.3.5.3).

qс = 15°С - температура окружающей среды (см. табл.1).

Данный перегрев не превышает допустимый, в номинальном режиме.

б) Проверка вентилей при кратковременной технологической перегрузке:

Мощность электрических потерь:

DPн max= UO× (Kп ×Iа) + К? ф ×Rд × (Kп ×I?а) = 1,36 × (1,3× 106,7) +3×0,0009 × (1,3 ×106,7?)= 228,6 Вт (2.3.5.4).

Kп = 1,3- кратность кратковременной технологической перегрузки(см. табл.1).

Перегрев вентиля:

Dqн max = Dqн +(DPн max - DPн ) ×Rtкп = 61,53 +(228,6-175,8) ×0,0125=62,19°С (2.3.5.4)

Dqн - перегрев вентиля при номинальном режиме.

DPн - мощность электрических потерь при номинальных перегрузках.

Rtкп = 0,0125 °С/Вт , при t=30 мс , по графику. [3 , c.120]

Температура монокристаллической структуры вентиля:

qн max = qс + Dqн max= 15 + 62,19 = 77,19 °С (2.3.5.5).

qс = 15 °С - температура окружающей среды (см . табл.1).

Данный перегрев не превышает допустимый , в данном режиме.

в) Проверка вентилей при длительной технологической перегрузке:

Мощность электрических потерь:

DPн max= UO× (Kп ×Iа) + К? ф ×Rд × (Kп ×I?а) = 1,36 × (1,1× 106,7) +3 ×0,0009 × (1,1 ×106,7?)= 193,4 Вт .

Kп = 1,1- кратность длительной технологической перегрузки (см. табл.1).

Перегрев вентиля:

Dqн max = Dqн +(DPн max - DPн ) ×Rtкп = 61,53 + (193,4 –175,8 ) × 0,04 = 62,23°С

Dqн - перегрев вентиля при номинальной перегрузке.

DPн - мощность электрических потерь при длительной перегрузке.

Rtкп = 0,04 °С/Вт , при t= 4 с , по графику. [3, c. 120]

Температура монокристаллической структуры вентиля:

qн max = qс + Dqн max= 15 + 62,23 = 77,23 °С.

qс = 15 °С - температура окружающей среды (см. табл.1).

Данный перегрев не превышает допустимый, в данном режиме.

2.3.6 Проверка вентилей по обратному напряжению

Выбор допустимого обратного напряжения выполняется ориентировочно так:

Uобр. max= Uн ×1,05 = 260 × 1,05 = 273 В . [1, c. 217]

Уточнённое значение:

Uобр. max = Кхх ×U2m(2.3.6.1) , [1, c. 12].

U2m = Ö 2 ×U2 = Ö 2 × 230 = 325,3 В - амплитуда напряжения вторичной обмотки трансформатора .

= 2,44 (2.3.6.2) , [1, c. 13].

А = 0,5 – коэффициент, характеризующий кратность падения напряжения на стороне выпрямленного тока по отношению к Uk , % . [3, c.76].

Uk , % = 4,7 % - напряжение короткого замыкания (см .табл.2).

- падение напряжения на вентиле.

В (2.3.6.3) .

[ I а] = 106,7А - допустимый ток нагрузки на вентиль (2.3.4.1).

Uo = 1,36 В - пороговое напряжение (см. табл.3).

Rд = 0,9 мОм - динамическое сопротивление в открытом состоянии (см. табл.3).

b = 1- коэффициент зависящий от схемы соединения вентилей [3 , табл.3]

Uн =260 В - номинальное значение выпрямленного напряжения на нагрузке (см. табл.1).

åUК=1 В - суммарное падение напряжения во всех элементах выпрямителя.

DUС % = 15 % - колебание напряжения питающей сети (см .табл.1).

Нахождение номинального угла регулирования:

UН = UНО ×Cos

(2.3.6.4), [ 3, c.83]

UНО = U2 × 2,34= 230 × 2,34= 538,2 В- напряжение холостого хода [1, c.217]

U2 = 230 В - фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

- номинальный угол регулирования.

Тогда:

Cos

= ; = arcCos(0,483) = 61,1 °(2.3.6.5).

Тогда:

Uобр. max = 2,44× 325,3 = 794,36 В.

Максимально допустимое постоянное обратное напряжение вентиля 1400 В, значит вентиль выдерживает прикладываемое к нему обратное напряжение.

2.4 Расчёт электрических параметров уставок автоматов защиты от токов КЗ перегрузок и элементов схем защиты от перенапряжений

2.4.1 Выбор защиты от внутренних, коротких замыканий

Рис.2 Схема замещения аварийного контура при внутреннем К.З.

Кривую мгновенного тока внутреннего К.З. строю по графику

при заданном угле [3,с.106,рис.1-130] для

Рис.3 Кривая мгновенного значения тока внутреннего К.З.

Для защиты тиристоров от внутренних К.З. применяют быстродействующие плавкие предохранители, включаемые в плечо каждого тиристора.

Плавкие предохранители выбираются исходя из действующего значения первой полуволны тока внутреннего К.З.

(2.4.1.1), [3,с.108]

где I_уд=8178.12 (A) -ударный ток, рассчитанный по формуле (2.3.2.1)

A

Для защиты плавкими предохранителями тиристоров должно выполняться защитное соотношение:

( 2.4.1.2)[7,с.321]

Здесь

- верхнее значение полного Джоулева интеграла отключения.

допустимый перегрузочный параметр тиристора Т2-320

n – число параллельно включенных в плечо тиристоров; n=1.

(2.4.1.3)

Для защиты вентилей от внутренних К.З. применим быстродействующие плавкие предохранители серии ПНБ 5.

При данном действующем токе

Aи

По характеристике полных интегралов предохранителей серии ПНБ5, выбираю плавкую вставку на номинальный ток I_ном=160 A , что удовлетворяет условию:

[7,с.14, рис. 1-10]