Курсовая работа (т): Проектирование и расчет надежности тиристорного преобразователя

При меньших мощностях (токах) применяется естественное охлаждение тиристоров. Радиаторы (охладители), на которых закрепляются тиристоры, охлаждаются естественными восходящими конвекционными потоками без принудительного обдува. На основе данных рекомендаций осуществляется выбор условий охлаждения тиристоров в проектируемой установке. В ТП, подключаемых к промышленным сетям рекомендуется использовать унифицированные низкочастотные тиристоры серии Т.

Рассчитаем максимальное значение среднего тока, протекающего через тиристор в проектируемом преобразователе:

,  (21)

где:  и  - коэффициенты запаса по току, физический смысл и рекомендуемые численные значения которых приведены в п. 3.5. и в п. 3.6., а значения коэффициента по току даны в п. 3.2.. Долее по данным справочной таблицы из методического указания подбираем тиристор и тип охладителя, исходя из условия . Причём ближайшее значение  выбирается из столбца при соответствующих условиях охлаждения.

При работе выбранного тиристора в реальном преобразователе условия его работы, как правило, отличаются от классифицированных. Эти отличия касаются формы и длительности тока, протекающего через тиристор и температуры охлаждающей среды. Воспользуемся выражением для определения среднего допустимого тока.

,          (22)

где:

 - допустимая рабочая температура полупроводниковой структуры (для унифицированных тиристоров принимают равной );

 - температура охлаждающей среды (температура воздуха при классификационных испытаниях принимается равной );

 - полное установившееся тепловое сопротивление «переход-среда» для выбранного типа радиатора (охладителя) и при принятых условиях охлаждения;

 - коэффициент тока (для однополупериодного тока синусоидальной формы в классификационной схеме );

 - пороговое напряжение тиристора;

 - динамическое сопротивление тиристора в открытом состоянии;

Используя выражение (22) для классификационной схемы, можно определить значения  для выбранного охладителя.

         (23)

Для определения  в реальных условиях эксплуатации вновь используем выражение (22), поставив в него рассчитанное по выражению (23) значение  и новые значения  и .

Если ТС особо техническим заданием не оговаривается, а преобразователь предназначен для работы в цеховых условиях для средней полосы России, то в летний период температура охлаждающего воздуха под кожухом преобразователя может достигать .

Зависимость  представлена в таблице 2.

Таблица 2

,

В паспортных данных тиристоров не указывается конкретные значения параметров тиристора по напряжению. Задача их выбора решается проектировщиком.

Основными параметрами, определяющими способность тиристора выдерживать приложенное напряжение являются:

§  - допустимое повторяющееся импульсное напряжение между анодом и катодом в закрытом состоянии;

§  - повторяющееся допустимое импульсное напряжение в обратном направлении.

Унифицированные низкочастотные тиристоры выпускаются равными значениями этих параметров . Тиристоры могут иметь  в пределах от 100 до 2000 В с дискретными значениями параметра через 100 В. Значение  в сотнях вольт называется классом тиристора по напряжению. Тиристоры могут иметь класс от 1го до 20ти. С повышением класса стоимость прибора возрастает. Следовательно, избыточный запас при выборе тиристора по напряжению экономически неоправдан. К тиристору в условиях эксплуатации прикладывается:

. рабочее напряжение с амплитудой ;

. периодические импульсные напряжения с амплитудой ;

. непериодические напряжения с амплитудой ;

Каждый из этих перенапряжений не должно превышать соответствующий показатель тиристора.

Максимально возможная амплитуда рабочего напряжения:

,      (24)

где:

 - определены в п. 3.5.

Определив  можно рассчитать основной параметр тиристора по напряжению, используя выражения:

где:  - означает целую часть числа, заключённого в скобки, а  - коэффициент соотношения рабочего и периодических напряжений, равный 0,6.

Выходная мощность проектируемого преобразователя при номинальной нагрузке двигателя составит  при рабочем номинальном напряжении .

Максимальное значение среднего тока через тиристор составит

В соответствии с  в графе допустимых средних токов при принудительном охлаждении выбираем значение , которое является основным токовым параметром тиристора Т133-400 при использовании серийного охладителя 0143-150 и при номинальных условиях охлаждения (скорость потока воздуха , температура охлаждающего воздуха ).

.8.2 ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ТИРИСТОРА Т133-400

§  Максимально допустимый средний ток в классификационной схеме ;

§  Ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии , при  и ;

§  Критическая скорость нарастания анодного тока

§  Критическая скорость нарастания анодного напряжения: в закрытом состоянии  при  и  по группам:

Таблица 3

§  Пороговое напряжение в открытом состоянии ;

§  Максимальная температура перехода при отсутствии перегрузок ;

§  Динамическое сопротивление в открытом состоянии ;

§  Время включения

§  Время выключения  при ;

§  Отпирающее напряжение управления  при  и ;

§  Ток удержания в открытом состоянии ;

§  Повторяющийся импульсный обратный ток ;

§  Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии  ;

Для проектируемого преобразователя продолжительность открытого состояния тиристоров в режиме непрерывного тока составляет. Тогда по таблице 2. имеем . Принимаем предельно возможную температуру охлаждающего воздуха для цеховых условий  равной . Определяем значение  для тиристора Т133-400 при изменённых условиях эксплуатации:

Полученное значение удовлетворяет неравенству , что подтверждает правильность выбора тиристора по току.

Максимально возможная амплитуда периодического напряжения в трёхфазной нулевой схеме составит:

Тогда имеем:

Значит выбираем тиристор 7-го класса по напряжению с параметрами:

4. РАСЧЁТ НАДЁЖНОСТИ ТРЁХФАЗНОЙ НУЛЕВОЙ СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

.1 РАСЧЁТНОЕ ЗАДАНИЕ

Рассчитать наработку до отказа трёхфазной нулевой схемы выпрямителя, работающего на обмотку возбуждения двигателя постоянного тока (рис. 3.). Напряжение сети переменного тока , напряжение сети постоянного тока , номинальное значение тока обмотки возбуждения . Условия эксплуатации - внутрицеховые; считать что поток отказов - простейший.

Схема трёхфазного нулевого выпрямителя.

Рис. 3.

4.2 ФОРМУЛИРОВКА ОТКАЗОВ

Под отказом в проектируемом источнике питания понимаются любые изменения режима работы источника, при котором напряжение на нагрузке снижается более чем на 20%. Причинами колебания выходного напряжения могут являться только отказы элементов схемы. Провалы выходного напряжения, вызываемые сверхнормативными колебаниями напряжения сети, не рассматриваются как отказы. Это отказ всей установки в целом. Считаем, что колебания напряжения в сети могут достигать  (не является отказом).

4.3 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ

.3.1 ВЕНТИЛЬНАЯ ГРУППА

Средний ток вентилей .

Учтем коэффициент запаса за счёт нестандартной формы тока .

Условие выбора вентилей по току .

Ближайший тиристор по справочнику - Т133-400; ;

Максимальное рабочее напряжение на вентиле  .

Учтём возможное повышение напряжения сети на 10% и введём 20% запас на перенапряжение . Условие выбора тиристоров по напряжению .

.3.2 ТРАНСФОРМАТОР СИЛОВОЙ СОГЛАСУЮЩИЙ

;

;

По каталогу выбираем силовой согласующий трансформатор типа ТСП 6,0/0,7; .

.3.3 АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Для отключения преобразователя от питающей сети и защиты от коротких замыканий используется автоматический выключатель. В качестве автоматического выключателя можно использовать выключатель типа АК-50-6,3 на номинальный ток .

По таблице находим величину интенсивности отказа автоматического выключателя .

тиристорный преобразователь трансформатор выключатель

4.3.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ НАРАБОТКИ НА ОТКАЗ ТРЁХФАЗНОЙ НУЛЕВОЙ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ

Время наработки на отказ схемы выпрямителя определяется с помощью суммирования интенсивностей отказа отдельных элементов.

,

где:

 - интенсивность отказов вентилей;