Расчет тиристорного инвертора

                               
 

     Содержание

        

1.Введение………………………………………….3

2.Задание…………………………………………... 4

3.Теоретическая часть……………………………..5

4.Расчетная часть…………………………………..7

5.Выводы…………………………………………..11

6.Использованная литература……………………12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Введение 
 
 

    Разработка и внедрение в серийное производство силовых кремниевых вентилей открыли широкие возможности по созданию статических преобразователей электрической энергии.

     Важнейшим типом преобразователя электрической энергии является автономный (независимый) инвертор, служащий для преобразования постоянного тока в переменный с заданным числом фаз; напряжение и частота инвертированного напряжения в общем случае могут регулироваться по любому заданному закону.

     Автономный инвертор занимает особое место среди других типов преобразователей электрической энергии не только потому, что он находит важное практическое применение непосредственно, а и потому, что он является главной составной частью сложных преобразователей частоты с явно выраженным звеном постоянного тока и трансформаторов постоянного тока с явно выраженным звеном переменного тока. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  2. Задание  

     Выполнить расчет тиристорного инвертора для  питания установки индукционного  нагрева. Технические данные согласно варианту, приведены ниже.  

 
 
 

     По  справочным данным подобрать тиристоры  и диоды. 
 

    Для выполнения расчетов используем принципиальную схему мостового инвертора со встречно-параллельными диодами. 

    

    Рис. 1. Принципиальная схема мостового  инвертора со встречно-параллельными  диодами и удвоением частоты. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3.Теоретическая часть.

Описание  работы схемы. 

    В качестве источников питания повышенной частоты в промышленности широко применяются полупроводниковые преобразователи частоты на базе тиристорных автономных инверторов. На рисунке 1 приведена принципиальная схема мостового инвертора со встречно-параллельными диодами, у которого в диагональ постоянного тока через разделительный конденсатор С_Р и защитную катушку индуктивности L_З включена нагрузка R_Н , в диагональ переменного тока моста включен

      

Рис. 1. Принципиальная схема мостового инвертора со встречно-параллельными диодами           и удвоением частоты. 

    последовательный  колебательный контур, состоящий  из коммутирующего конденсатора С_К и коммутирующей катушки индуктивности L_K. 

    

    Рис. 2. Осциллограммы токов в схеме  инвертора.

    

    

    Принцип действия инвертора следующий. Разделительный конденсатор С_Р заряжен до напряжения источника питания постоянного тока. При включении тиристоров VS1 и VS4 происходит заряд коммутирующего конденсатора С_К по цепи, состоящей из  коммутирующей катушки индуктивности L_K, защитной катушки индуктивности L_З и нагрузки R_Н . Ток I_н по цепи течет в направлении, показанном стрелкой.

    Параметры инвертора рассчитаны так, что процесс имеет колебательный характер. После того, как напряжение на конденсаторе  станет выше напряжения источника питания и колебательный ток, текущий через тиристоры VS1, VS4 пройдет через нуль, они выключаются.

    Тогда через диоды VD1, VD4 и нагрузку начнет протекать ток в обратном направлении до тех пор, пока емкость не разрядится напряжение  источника, и диоды VD1, VD4 также выключатся. В течение промежутка времени, пока ток проводили диоды VD1, VD4 , к тиристорам VS1, VS4 прикладывалось небольшое обратное напряжение и они восстановили  управляемость. Затем включаются тиристоры VS2, VS3 , емкость С_к перезаряжается, но при этом через нагрузку снова течет ток в прямом направлении.

     После выключения тиристоров VS2 и VS3  включаются обратные диоды VD2 и VD3, и ток через нагрузку потечет опять в обратном направлении.

         Таким образом, в течение одного  цикла работы вентилей  моста на выходе инвертора формируется два полных периода синусоидального напряжения.

      Несмотря  на то, что амплитуда и среднее  значение полуволны тока, протекающего через тиристоры, больше, чем через неуправляемые диоды, ток i_н , текущий через нагрузку, имеет форму, близкую к синусоидальной благодаря емкости С_р, не пропускающей постоянной составляющей (рис.2).

      Среднее значение токов, протекающих через  тиристоры, больше средних значений токов, текущих через неуправляемые  диоды на величину входного тока инвертора Id . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

    

    4.Расчетная часть.  

  1.Для рассматриваемой схемы согласно [1] примем следующие оптимальные коэффициенты, определяющие параметры инвертора:

       .-добротность колебательного контура инвертора,

     , вспомогательный параметр,

     - коэффициент раскачки,

    - коэффициент распределения индуктивности.

2.Входной ток инвертора:

  A,                                                                              (1)

       где  - мощность инвертора,

         =520B- напряжение питания инвертора.

  3.Действующее значение тока нагрузки:

    380 A.                                             (2)  4.Активное сопротивление нагрузки:

     Ом.                                                                     (3)

5. Действующее значение напряжения  нагрузки:

     В                                                                  (4)

6.Круговая частота выходного тока инвертора:

      .                                                                                   (5)

7 .Собственная   частота колебательного контура инвертора:

  .                                         (6)

8.Полная  индуктивность колебательного контура инвертора:

                                               (7)

9.Коммутирующая катушка индуктивности:

                                                   (8)                                                                           

10. Защитная катушка индуктивности:

                                                                 (9)

11.Эквивалентная емкость конденсаторов  колебательного

 контура  инвертора:

                      .                                                               (10) 
 
 
 

12.Емкость разделительного конденсатора  принято выбирать:

                                                                                (11)

  Емкость коммутирующего конденсатора:                                                                             

                                                                        (12)

13.   Максимальное напряжение на тиристорах и встречных диодах инвертора.

 По приведенному на рисунке 1 графику зависимости относительного максимального напряжения на тиристорах от добротности θ, при k_L=0,7 [1] найдем

                                                                                     (13) 

Рис. 1. Зависимость  относительного максимального напряжения  на тиристорах от добротности θ. 

                 Обратное напряжение на встречном диоде равно прямому напряжению на соответствующем тиристоре. 
 
 
 
 

14.  Максимальный и средний за период ток через тиристоры инвертора.

    По  приведенному на рисунке 2 графику зависимости относительной величины максимального тока через тиристор от добротности θ найдем                                              

,

    

    Учитывая, что форма импульса тока через тиристор близка к синусоидальной, длительность импульса близка к периода работы

 Рис. 2. Зависимость относительной величины максимального тока через тиристор от добротности θ

тиристора, найдем  относительную величину среднего тока через тиристор 

                                                                         (14) 

                                         
 

15.  Максимальный и средний за период ток через встречные диоды.  

                                                                         (15)              

Учитывая то, что форма импульса тока через встречный диод близка к синусоидальной, длительность импульса близка к периода работы диода, найдем  относительную величину максимального тока только через диод .

    Максимальное  значение тока через встречный диод

                                                                       (16)

    

16.Время, предоставляемое тиристору, для восстановления запирающих свойств равно половине периода рабочей частоты:

                                                                          (16)

    По  справочным данным производителя тиристоров выбираем   тиристор ТБ233-200-9[6/1], с параметрами :

    -максимально-допустимое напряжение-900В,

    -максимально-допустимый средний ток-200А,

    -минимально-допустимое время восстановления-10мкс.

    По  справочным данным производителя диодов выбираем диод ДЧ351-200-14[6/2], с параметрами :

    -максимально-допустимое напряжение-1400В,

    -максимально-допустимый средний ток-200А.