Проектирование тягового полупроводникового преобразоателя скачать бесплатно на Диплом IQ

–PAGE_BREAK–Для правильного выбора силовых полупроводниковых приборов
необходимо выполнить расчёты токов короткого замыкания на шинах выпрямленного тока. На рис. 3.1 представлена схема возможных коротких замыканий трёхфазного мостового преобразователя, а на рис. 3.2 представлена расчётная схема замещения.
Схема возможных коротких замыканий трехфазного мостового преобразователя

А В С

U1ф

ТП

U2ф

К1

VD4 VD1

К2 VD6 VD3

VD2 VD5 Id

– +

К3 Ld

К4

ТД

Рис. 3.1
Расчётная схема замещения при коротком замыкании на шинах трёхфазного мостового преобразователя

еа еb еc

Lа La La

Rа Ra Ra
VD1 VD3 VD5

VD4 VD6 VD2

Рис. 3.2

продолжение
–PAGE_BREAK– Эквивалентное анодное активное сопротивление одной фазы, приведённое ко вторичной обмотке, и анодное индуктивное сопротивление определяются соответственно по формулам [1, с.313]

,
где анодное индуктивное сопротивление трансформатора;

индуктивное сопротивление питающей сети.
,
где
uk– напряжение короткого замыкания преобразовательного трансформатора, (в процентах).
,
,
.

,
где активное сопротивление, вычисленное из опыта сквозного короткого замыкания;

активное сопротивление питающей сети.
,

где РКЗ, uk– соответственно потери и напряжение (в процентах) короткого замыкания преобразовательного трансформатора.
;
;
.
Ток короткого замыкания определяется по формуле

где амплитуда периодической составляющей тока короткого замыкания;

фазовый угол сдвига между кривыми напряжения и тока;

угол коммутации выпрямителя.
,
,
,
,
,
,
,
,
Результаты расчёта токов короткого замыкания представлены в табл. 3.1

Таблица 3.1

Значения тока короткого замыкания

ωt,º

i
к
, А

ωt,º

i
к
, А

ωt,º

i
к
, А

-7653,228775

144

10380,72355

288

-14705,95287

-6315,124687

150

9640,645671

294

-14793,83143

-4928,67503

156

8778,359639

300

-14732,81892

-3508,872364

162

7803,470108

306

-14523,45867

-2071,076544

168

6726,813947

312

-14167,92055

-630,8464196

174

5560,34152

318

-13669,97716

796,2306503

180

4316,985779

324

-13034,96248

2194,709592

186

3010,520572

330

-12269,71342

3549,456856

192

1655,409753

336

-11382,49492

4845,816236

198

266,6487265

342

-10382,90937

6069,769467

204

-1140,399834

348

-9281,79139

7208,089828

210

-2550,174286

354

-8091,089125

8248,48707

216

-3947,084507

360

-6823,733326

9179,742093

222

-5315,682685

9991,829874

228

-6640,832554

10676,02933

234

-7907,875223

11225,01886

240

-9102,789765

102

11632,95662

246

-10212,34682

108

11895,5445

252

-11224,25353

114

12010,07526

258

-12127,28821

120

11975,46218

264

-12911,42327

126

11792,25101

270

-13567,93509

132

11462,61399

276

-14089,49957

138

10990,32607

282

-14470,27235

По результатам результатов расчёта построен график кривой тока короткого замыкания на рис. 4.1.

Рис. 4.1
4. ВЫБОР ТИПА ДИОДА И РАЗРАБОТКА СОЕДИНЕНИЯ СХЕМЫ ПЛЕЧА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.
4.1. Выбор типа диода.

Выбор диода производиться по двум параметрам:
· предельный ток диода

· максимальное обратное повторяющееся напряжение

Так как СПП имеют низкую перегрузочную способность, то при расчете необходимо рассмотреть три режима работы тягового преобразователя:

1) режим длительной нагрузки

2) режим рабочей перегрузки но не чаще чем через каждые

3) режим аварийной перегрузки

В расчете определяем число параллельных (а) СПП для перечисленных выше режимов, а затем принимаем наибольшее из них и округляют его до большего целого числа, если дробная часть превышает 0,1.

На основании выше указанных значений, выбираем для расчета диод Д253-1600 с охладителем О153-150.

Характеристики диода:

· максимальное обратное напряжение

· предельный ток диода

· ударный повторяющийся ток

· пороговое напряжение

· дифференциальное сопротивление

· тепловое сопротивление структура-контур

· тепловое сопротивление корпус-охладитель

· тепловое сопротивление охладитель – окружающая среда при естественном охлаждении и температуре воздуха

· максимальная допустимая температура полупроводниковой структуры

· наибольшая возможная разность зарядов восстановления последовательно включенных приборов

· переходное тепловое сопротивление за время соответствующее эквивалентному прямоугольному импульсу мощности (t=6мс)

· переходное тепловое сопротивление переход корпус за время τ=6 мс (соответствует 120 эл. град.)

· переходное тепловое сопротивление переход корпус за период Т=20 мс

· переходное тепловое сопротивление цепи структура-корпус, за время перегрузки tx=100c

Расчет предельного тока по формуле нагрузочной способности:

(16)

где: — установившееся тепловое сопротивление цепи полупроводниковая структура –

охлаждающая среда,

— температура окружающей среды, ;

— коэффициент формы тока, .

;

Находим число параллельных СПП в плече в общем случае определяется из соотношения:

(17)

где: — ток плеча преобразователя для соответствующего режима его работы (в режиме длительной нагрузки , в режиме кратковременной перегрузки для режима аварийной перегрузки ток плеча принимается равным амплитуде тока короткого замыкания), А;

— предельный ток диода, А;

— коэффициент нагрузки или коэффициент использования приборов по току в зависимости от длительной перегрузки:

(18)

— коэффициент, учитывающий снижение предельного тока из-за повышенной температуры охлаждающей среды, если не оговорены условия охлаждения, то

— коэффициент перегрузки в различных режимах;

— среднее значение тока перегрузки. В режиме длительной нагрузки этот ток равен предельному току , который вычисляется по формуле (16). Для режимов рабочей и аварийной перегрузок ток рассчитывается по формулам (19) и (21) соответственно.

— коэффициент неравномерности распределения тока в параллельных ветвях. При проектировании допускают неравномерность распределения тока 10%, что соответствует

Округляя до наибольшего, получаем
Режим рабочей перегрузки для полупроводниковых приборов учитывается в том случае, если длительность перегрузки не превышает 100с:

(19)
где: — одно из значений температуры структуры при кратности нагрузки , предшествовавшей режиму перегрузки, обычно принимается по условиям эксплуатации

– коэффициент скважности импульсов прямого тока;

— одно из значений потерь мощности:

(20)
Примем тогда:

В режиме аварийной перегрузки при и времени перегрузки (один полу период при частоте ) ток перегрузки определяется:

(21)

Округляем до наибольшего, получаем

На основании сравнения расчета для номинального режима , режима рабочей перегрузки и аварийного режима принимаем максимальное число параллельных ветвей продолжение
–PAGE_BREAK–
4.2. Разработка соединения схемы плеча преобразователя.

Число последовательных СПП определяется из соотношения:

(22)

где: — максимальное обратное напряжение на плече преобразователя в номинальном режиме, В;

— неповторяющееся импульсное напряжение, В;

— коэффициент неравномерности распределения напряжения, в расчетах принимается равным 1,1;

— кратность перенапряжений, принимаем равным 1,7…1,8 для тяговых преобразователей.

Получаем значение , округляем в большую сторону до целого числа, таким образом получаем

Для равномерного деления напряжения применяют активные (), емкостные (С) и смешанные (RСD) цепи, включаемые параллельно СПП (рис.4.).

Групповое соединение СПП в одном плече преобразователя

Рис.4

Сопротивление шунтирующих резисторов, рассчитываем по формуле:

(23)

где: — число последовательных приборов;

— наибольшее допустимое мгновенное напряжение для одного СПП данного класса (повторяющееся напряжение), В;

— наибольшее мгновенное обратное напряжение на плече, В;

— наибольший повторяющийся импульсный обратный ток СПП, А.

Мощность резистора определяется по формуле:

(24)

где: — эффективное значение напряжения прикладываемого к резистору, В.

Емкость конденсатора в активно-емкостном делителе определяют, используя соотношение:

(25)

где: — наибольшая возможная разность зарядов восстановления последовательно включенных приборов, Кл.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВНЕШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАЦИИ.
5.1. Исследование внешней характеристики и коэффициента мощности.

Одной из важнейших характеристик, определяющих работу выпрямителя, является его внешняя характеристика, которая представляет собой зависимость среднего выпрямленного напряжения от среднего выпрямленного тока .

С увеличением тока нагрузки выпрямленное напряжение уменьшается. Потери в преобразователе можно условно разделить на следующие основные составляющие:

· потеря напряжения на коммутации

· потеря напряжения на активных сопротивлениях (в обмотках трансформатора)

· потеря напряжения на силовых полупроводниковых приборах

Потеря напряжения на коммутацию:

(26)

Потеря напряжения на активных сопротивлениях:

(27)

где: -угол коммутации выпрямителя;

(28)

(29)

Потеря напряжения на силовых полупроводниковых приборах:

(30)

где: — число плеч, одновременно проводящих ток;

— число последовательных СПП в одном плече;

(31)

Уравнение внешней характеристики имеет вид:

(32)

При номинальном режиме:

Если известна мощность на стороне выпрямленного тока, то для определения полной мощности преобразователя необходимо знать коэффициент мощности:

(33)

где: -коэффициент фазового сдвига основной гармонической тока питающей сети;

— коэффициент искажения формы тока первичной сети;

, (34)

— эффективное значение высших гармонических составляющих тока питающей сети;

(35)

Фазовый угол сдвига основной гармонической тока питающей сети для неуправляемого выпрямителя:

(36)

для номинального режима:

Результаты расчета коэффициента мощности для различных значений тока приведены в таблице 1.

Таблица 1.

750

1500

2250

3000

0,955

0,908

0,86

0,811

0,76

На основании таблицы строится график зависимости коэффициента мощности от выпрямленного тока (рис.5.1.).

Рис. 5.1
5.2. Исследование коммутации.

Наличие индуктивных сопротивлений на стороне переменного тока преобразователя приводит к появлению интервала коммутации, который называется углом коммутации и измеряется в электрических градусах. С учетом принятых в курсе преобразовательной техники допущений (симметричные синусоидальные питающие напряжения; полностью сглаженный ток на стороне выпрямленного напряжения; расчеты выполняются при нагрузке не выше нормальной) угол коммутации определяется по выражению:

(37)

Далее исследуется форма тока на коммутационном интервале. Ток коммутации определятся по формуле:

(38)

Ток плеча, входящего в работу , изменяется по закону тока коммутации и при достигается в амплитуде значения . Ток плеча, выходящего из работы , изменяется как и при становится равным нулю. Производится расчет токов плеч при изменении от 0 до . Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.

Угол коммутации при номинальном режиме:

при ;

Таблица 2.

Ток

37,4

149,2

411,8

914,9

1500

37,4

149,2

411,8

914,9

1500

1462,6

1350,8

1088,2

585,1

продолжение
–PAGE_BREAK–

Похожие работы