Главная | Обратная связь

Розрахунок керованих випростувачів

Схеми керованих випростувачів, що використовуються в КП зображені на рис.2.10.

Рис.2.10 – Схеми керованих випростувачів: а) однофазна мостова; б) трифазна з нульовим виводом; в) трифазна мостова

Розрахунок схем випростувачів на тиристорах відрізняється від розрахунку аналогічних схем випростувачів на діодах тим, що спочатку розраховуються параметри вентилів при куті керування тиристорами , за якими попередньо вибирається тип та параметри тиристорів. Ця частина розрахунку не відрізняється від розрахунку некерованого випростувача. При розрахунку керованого випростувача визначається номінальний , мінімальний кути керування тиристорами, згідно з якими проводяться уточнений розрахунок і вибір типу тиристорів випростувача.

Значення напруги на виході однофазного мостового керованого випростувача:

, (2.1)

де – максимальна напруга з врахуванням конденсатора С на виході випростувача.

Для трифазних керованих випростувачів:

, (2.2)

де – для трифазної нульової схеми,

– для трифазної мостової схеми випростувача.

Для трифазних керованих випростувачів значення середньої напруги на виході перетворювача розраховується за виразом:

, (2.3)

де =3 для трифазної нульової схеми, =6 для трифазної мостової схеми

 

Приклад розрахунку керованого випростувача.

Вихідними даними для розрахунку є:

1) , В – діюче значення напруги мережі живлення ( =380 В);

2) , Гц – частота мережі живлення ( =50 Гц);

3) R_н, Ом – опір навантаження (R_н,=7,5 Ом);

4) , в градусах електричних – кут керування тиристорів, визначається для номінального режиму роботи перетворювача, в прикладі розрахунку ;

5) U_ж, В – напруга джерела живлення системи керування тиристорами (U_ж,=12 В);

6) охолодження тиристорів повітряне природне;

7) температура оточуючого середовища 25°С.

Виконаємо розрахунок регулятора струму на тиристорі (розрахунок системи керування до завдання даної роботи не входить).

Необхідно визначити:

1) параметри тиристора;

2) режими роботи силової схеми регулятора (струм, напругу, кое­фіцієнт форми струму навантаження);

3) залежності діючої напруги на навантаженні, середнього струму тиристора та коефіцієнта форми струму тиристора від величини кута керування (представити у вигляді графіків);

4) втрати потужності в тиристорах та ступінь їх перегріву.

Порядок розрахунку

1. Знайдемо необхідні значення параметрів тиристорів.

Амплітуда зворотної напруги на тиристорі

В,

де К_з –коефіцієнт запасу, що враховує можливі перенапруги (зазвичай приймають К_з = 1,25).

Знайдемо значення середнього та амплітудного струмів, що протікають через тиристор.

Для будь-якої величини кута керування величину середньої напруги (струму) можна знайти за формулою (2.1). При цьому максимальне значення струму, на яке повинен бути розрахований тиристор І_Та, відповідає =0. Тоді

.

Амплітудне значення струму:

.

2. Вибираємо з табл.2.5 тиристор, що відповідає вимогам:

U_n>U_am ; І_гр>І_Та ,

де U_п – допустима напруга на тиристорі, що повторюється (амплітудне значення);

І_гр – середнє значення допустимого граничного струму тиристора із типовим охолоджувачем в умовах природного повітряного охолодження.

Із табл.2.5, у якій наведено параметри тиристорів типу Т10, вибираємо тиристор ТІ0-80, що має такі параметри:

- U_n= 700 B > 667,75 B

- І_гр = 25 А > 22,75А;

- вмикаючий струм керування І_кер =0,15 А;

- вмикаюча напруга керування U_кер= 4 В;

- порогова напруга U₀= 1,02 В;

- динамічний опір у відкритому стані R_д = 1,7 ∙ 10^-3 Ом;

- встановлений тепловий опір R_Т = 3,4 °С/Вт.

3. Знаходимо середнє значення струму через тиристор при заданому значенні кута керування з формули (2.4) з врахуванням :

, (2.4)

.

Користуючись формулою (2.4), можна побудувати залежність се­реднього струму тиристора від кута керування. Результати розрахунків подані у табл. 2.6, а графік залежності – на рис.2.11.

4. Знайдемо значення діючого струму тиристора для = 45° за формулою:

, (2.5)

=34,15 А.

Примітка.Оскільки формули наведено для кута , поданого у радіанах, то при використанні для розрахунків калькулятора не забудьте перевести значен­ня кута у радіани і встановити режим обчислень калькулятора у радіанах.

 

Таблиця 2.5 – Основні параметри тиристорів типу Т10

Параметр	Позн.	Тиристор	Умови режиму
Т10-10	Т10-16	Т10-25	Т10-40	Т10-63	Т10-80
Повторюва­на напруга, В (для всіх тиристорів)	Un	50; 100; 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100; 1200
Граничний струм (се­реднє значення), А	Ігр							Штучне охолод-ження; температура корпусу 850С
Граничний струм з типовим охолод-жувачем (середнє значення), А	Ігр0							Охолодження при-родне повітряне; температура оточуючого середовища 250 С
Ударний струм, А	Іуд							Тривалість імпульсу стру­му 10 мс
Порогова напруга, В	U0	1,64	1,44	1,26	1,16	1,094	1,02
Динамічний опір у відкритому стані, мОм	Rд			6,4	4,4	1,8	1,7

Продовження таблиці 2.5

Вмикаючий струм керування, не більше, А	Ікер	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	При прямій напрузі на тиристорі
Вмикаюча напруга керування, не більше, В	Uкер
Загальний встановлений тепловий опір, °С/Вт	RT	5,9	5,3	4,9	3,69	3,5	3,4	3 типовим охолоджува­чем при природному повітряному охолодженні

 

Таблиця 2.6 – Середній струм тиристора для різних значень кута керування

Кут керування, ел. градусів		0	30	60	90	120	150	180
Середній струм тиристора, А	Ia	22,75	21,22	17,06	11,38	5,69	1,54

 

Рис.2.11 – Залежність середнього струму тиристора від величини кута керування

 

5. Використовуючи формули (2.4) та (2.5), знаходимо вираз для коефіцієнта форми струму тиристора

.

Звідси для = 45° маємо: .

Знайдемо залежність коефіцієнта форми струму тиристора від кута керування, для чого заповнимо табл.2.7 та за її значеннями побудуємо графік – рис.2.12.

 

Таблиця 2.7 – Коефіцієнт форми струму тиристора для різних значень кута керування

Кут керування, ел. градусів		0	30	60	90	120	150	180
Коефіцієнт форми		22,75	21,22	17,06	11,38	5,69	1,54

 

6. Знаходимо діюче значення струму навантаження для кута керування =45°, використовуючи результат розрахунку за п.4

А.

Рис.2.12 – Залежність коефіцієнта форми струму тиристора від величини кута керування

7. Знайдемо вираз для розрахунку значень діючої напруги
на навантаженні залежно від кута керування. Використовуючи формулу (2.5), маємо: . (2.6)

Для = 45°, з урахуванням результату за п.6, маємо:

.

За формулою (2.6) знайдемо залежність діючої напруги на навантаженні регулятора від кута регулювання, для чого заповнимо табл.2.8 та побудуємо графік – рис.2.13.

 

Таблиця 2.8 – Діючі значення напруги на навантаженні за різних кутів керування

Кут керування, ел. Градусів		0	30	60	90	120	150	180
Діюче значення напруги на навантаженні, В		22,75	21,22	17,06	11,38	5,69	1,54

 

Рис.2.13 – Залежність діючої напруги на навантаженні

від кута керування

 

8. Знайдемо потужність, що віддається у навантаження при заданому значенні кута керування = 45°:

Р_н =I_н U_н =48,15-361,13 = 17388 Вт ≈ 17,4 кВт.

9. Знаходимо втрати потужності в тиристорі при заданому куті керування (45°).

Математичний вираз для лінійної апроксимації робочої ділянки вольт-амперної характеристики тиристора має вигляд:

u_T=U₀+і_T R_д,,

де и_T –миттєві значення напруги на тиристорі,

для 0< < π,

= 0 для π < < 2π.

Тоді втрати потужності в одному тиристорі становитимуть:

. (2.7)

Звідки .

Отже. для а = 45°

Вт.

При цьому втратами потужності у колах керування нехтуємо.

10. Знаходимо перегрів тиристора при заданому а = 45°:

°С.

Тоді найбільша температура напівпровідникової структури тиристо­ра складе:

°С < Т_{max доп} = 140°С,

де Т_с –температура оточуючого середовища;

Т_{max доп} –максимально допустима температура нагріву кремнієвої напівпровідникової структури.

11. Знаходимо величину опору додаткового резистора у колі керування тиристора:

, Ом.