Проектирование тягового полупроводникового преобразоателя

 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

 

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: