Материал: s_electro

4.2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ (ЭТАП ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА)

Расчет выпрямителя для якорной цепи с учетом реальных параметров элементов схемы на базе результатов главы 3 требует знания параметров элементов. Расчет выпрямителя на идеальных элементах на базе результатов главы 2 не требует параметров реальных элементов. Поэтому проектировать выпрямитель приходится в два этапа. На первом этапе на основании результатов главы 2 оценивается тип элементов для идеального выпрямителя и для этих элементов по справочникам находятся их реальные параметры. На втором этапе делается корректирующий расчет выпрямителя с учетом реальных параметров элементов на основании результатов главы 3.

4.2.1. ОЦЕНКА ЭЛЕМЕНТОВ ИДЕАЛЬНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Напряжение питающей сети по стандарту [43] 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 по (2.2.8), учитывая, что Uя.н. = Ud0, имеем

U2 min = Ud0 = 440 =188 B ,

2,34 2,34

полагая, что обмотки трансформатора будут соединены по схеме звезда – звезда и коэффициент трансформации входного трансформатора

Опираясь на соотношения раздела 2.2.8, находим и все остальные расчетные величины.

Среднее значение выпрямленного тока

Среднее значение анодного тока вентиля

Ia = Id3н = 4543 ,5 = 76 A.

Действующее значение анодного тока вентиля

186

Ia.д = I d3н = 4543,5 =131 A.

Выбираем тиристор по среднему значению анодного тока с учетом того, что здесь коэффициент амплитуды Ка = 3. Это тиристор Т9-100, имеющий следующие параметры [25, 27 ]: Rдин = 0,002 Ом, ∆U0 = 1,3 В. Класс вентиля по напряжению определим после уточнения максимального обратного напряжения на вентиле.

Действующее значение вторичного тока трансформатора

Действующее значение первичного тока трансформатора

Типовая мощность трансформатора определится с учетом того, что напряжение сети может быть больше номинального

Sт = S2 = S1 = 3U1max I1 = 3 1,1 220 177 = 143 кВА.

По справочнику [25, 27] для трансформатора ближайшей большей мощности типа ТСП-160 имеем следующие параметры:

∆Ркз = 2,3 кВт, ∆Рхх = 0,7 кВт, Uк = 6,2 %.

Если по коэффициенту трансформации Кт готовый промышленный трансформатор не подходит, то потребуется проектирование и изготовление своего трансформатора, который будет иметь примерно те же значения интересующих нас параметров. Поэтому через эти параметры трансформатора определим нужные нам параметры элементов Т-образной схемы замещения трансформатора.

Модуль полного сопротивления короткого замыкания трансформатора

Z1к = U кз = 0,062 220 = 0,077 Ом. I1н 177

Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной стороне,

Реактивное сопротивление рассеивания обмоток трансформатора, приведенное к первичной стороне,

187

Тогда то же сопротивление, приведенное ко вторичным обмоткам трансформатора и называемое уже анодным сопротивлением Ха, будет

Осталось оценить параметры реального сглаживающего реактора Ld, расчет которого делается для наихудшего по качеству выпрямленного тока режима с максимально возможным углом регулирования αmax. Этот угол регулирования появится при работе выпрямителя с максимальным напряжением в сети и будет определяться из регулировочной характеристики выпрямителя

Udн = Ud0max cos αmax = 2,34 U2max cos αmax.

Тогда

Коэффициент пульсаций выпрямленного тока задан не хуже 0,07, т. е.

где Id(6) – амплитуда первой гармоники пульсаций выпрямленного тока, являющейся в шестипульсном выпрямителе шестой гармоникой по отношению к частоте напряжения питающей сети. Эта гармоника в токе определяется через соответствующую гармонику в выпрямленном напряжении, которая в соответствии с соотношением (3.7.4) при

максимальном напряжении сети 242 В будет Udα(6) = 0,18 556 = 102 В.

Отсюда требуемая суммарная индуктивность контура выпрямленного тока

откуда индуктивность сглаживающего реактора

Ld = LdΣ −2La = 3,4 10−3 −2 0,2 10−3 = 3 10−3 Гн.

188

По справочнику [27] подбираем подходящий сглаживающий реактор на ток не менее 225 А. Это реактор типа ФРОС-250. У него активное сопротивление обмотки будет Rф = 0, 012 Ом при индуктивности

3,2 10-3 Гн.

Теперь можно скорректировать расчет выпрямителя с учетом реальных параметров элементов.

4.2.2. РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЯ С УЧЕТОМ РЕАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ

Наличие реальных элементов приводит к появлению при нагрузке выпрямителя потери напряжения внутри выпрямителя ∆U, что потребует завышения напряжения холостого хода выпрямителя, которое в соответствии с обобщенным уравнением внешней характеристики (3.1.14) равно (при минимальном напряжении сети)

Внутри выпрямителя теряется напряжение ∆U

∆U =U d0 min −U dн = 479 −440 = 39 B .

Тогда соответствующее ему действующее значение вторичного напряжения трансформатора при минимальном напряжении сети

U 2 min = U d0 min = 479 = 204,7 B 2,34 2,34

и коэффициент трансформации

Отсюда видно, что теперь бестрансформаторный вариант выпрямителя обеспечит возможность сохранения напряжения на нагрузке при снижении напряжения сети только на 7 %, что соответствует снижению напряжения в пределах нормы (–5 %, +5 %) стандарта [43]. При максимально допустимом снижении напряжения в сети на 10 %

189

напряжение на нагрузке снизится от номинального в этом случае около 3 %. Это будет «плата» за экономию на входном трансформаторе.

Типовая мощность трансформатора останется прежней, если не учитывать влияния коммутации на нее. Для оценки этого влияния найдем сначала угол коммутации γ по (3.1.7) для случая максимального напряжения в сети:

Типовая мощность трансформатора с учетом поправок на коммутацию в соответствии с (3.9.4) изменяется мало и может не учитываться.

Теперь можно определить параметры вентилей по обратному напряжению, которое может достигать при максимальном напряжении сети следующего значения:

Ub max =1,2U d0 min 1,045 =1,2 479 1,05 = 670 B.

Сучетом возможных импульсных перенапряжений внутри выпрямителя и в сети выбирают вентиль с коэффициентом запаса по напряжению 1,5…2. В итоге это будет вентиль Т9-100 не ниже 10 класса. Класс вентиля, умноженный на 100, определяет максимально допустимое прямое и обратное напряжение на нем.

Уменьшение Кт приведет к корректировке максимального значения

угла регулирования α’max, который теперь будет

Шестая гармоника выпрямленного напряжения теперь должна определяться с учетом появившегося угла коммутации γ [8] и будет равна

Udα(6) = 0,24 556 = 133,4 В.

190