Регулирования

Емкость коммутирующего конденсатора влияет на схемное время t_c, в течении которого к тиристору VS1 прикладывается обратное напряжение. Величина t_c должна быть не менее времени выключения тиристора t_в. В соответствии с (1.19) t_c будет минимальным при сочетании минимального напряжения питания U_min и максимального тока нагрузки I_{н max} . Из этого условия

. (2.1)

От емкости коммутирующего конденсатора зависит также скорость нарастания прямого напряжения на тиристоре VS1, которая не должна превышать критическую. С учетом (1.18)

. (2.2)

От индуктивности L коммутирующего дросселя зависит амплитудное значение тока контура I_m. Ток перезаряда конденсатора i_c, протекает через тиристор VS1, складывается с током I_н и приводит к перегрузке тиристора (см. диаграмму i_vs1 на рис. 4). Эта перегрузка повышает средний ток тиристора и, кроме этого, ведет к кратковременным превышениям температуры переходов над средним ее значением. Он основан на расчете температуры перехода, которая не должна превышать допустимую, исходя из заданной формы тока и известных условий охлаждения конкретного типа полупроводникового прибора. В курсовом проекте принимаем I_m=2I_{н max}. Отмечается, что при этом условии превышение максимума температуры над средним ее значением незначительно и выбор тиристоров можно производить по их нормируемому предельному току. С учетом (1.16) и условия I_m=2I_{н max}

. (2.3)

Величина индуктивности контура L влияет на скорость нарастания прямого напряжения на тиристоре VS2. При открытом тиристоре VS1 напряжение на VS2 равно по величине напряжению на конденсаторе u_c. Из уравнения (1.12) максимальная скорость изменения напряжения u_c будет при i_c=I_m.

. (2.4)

Как следует из диаграммы u_vs2 на рис. 4, начиная с момента, при котором i_c=I_m, к тиристору VS2 прикладывается прямое напряжение, скорость нарастания которого не должна превышать критическую

. (2.5)

Отсюда с учетом (1.16) получаем второе условие, ограничивающее величину индуктивности контура

. (2.6)

Выше было показано, что для уменьшения индуктивности и емкости входного фильтра нужно стремиться к увеличению частоты регулирования f. Ограничение максимального значения f cвязано с необходимостью получения заданного минимального напряжения по нагрузке U_{н min}, при котором ток двигателя равен заданному значению I_{н min} при . Из (1.22) получаем

, (2.7)

где t_{k max} - максимальная длительность коммутационного интервала

(2.8)

Взаимосвязь t_{k max} c током нагрузки является существенным недостатком преобразователей, выполненных по схеме рис.3, а и по аналогичным схеме, в которых коммутирующий конденсатор перезаряжается током нагрузки. При таких схемах для обеспечения надежного функционирования преобразователя при малых токах нужно либо снижать рабочую частоту, либо завышать минимальное напряжение на нагрузке. Последнее может оказаться неприемлемым для электроподвижного состава по условиям трогания с места. В этом случае используются схемы преобразователей, у которых длительность коммутационного аппарата либо не зависит от тока нагрузки, либо зависит в начально меньшей степени, чем у схемы рис. 3, а. Для работы при малых токах двигателя в зоне высоких скоростей используется также закорачивание преобразователя контактором после достижения _max.

Приемлемую для размещения преобразователя на электроподвижном составе рабочую частоту можно получить только при использовании быстродействующих тиристоров с малыми временами включения t_в. При проектировании конкретный тип тиристоров выбирается путем сопоставления стоимости оборудования нескольких вариантов выполнения преобразователя аналогично тому, как это делается в курсовой работе. Для уменьшения количества однотипных расчетов в курсовом проекте тип используемых тиристоров задается в исходных данных. Задается и группа тиристороа по времени выключения. Максимальные значения t_в для тиристоров каждой группы по ГОСТ 20859.1 - 79 приведены в табл. 2.1.

Таблица 2

Коммутирующий конденсатор работает в тяжелом режиме, связанном с большими знакопеременными токами и напряжениями и с высокой частотой их изменения. Промышленность выпускает несколько типов специальных конденсаторов, предназначенных для работы в тиристорном электроприводе электроподвижного состава, на что указывает третья буква Т в их условных обозначениях ГСТ, РСТ, РСТО. Для расчета в курсовом проекте выбран конденсатор типа РСТ -2-2, 12-У2 с номинальной амплитудой знакопеременного напряжения U_ном=2000 В, номинальной2 емкостью С_ном=2, 12 мкф и номинальной частотой f_ном =800 Гц. Так как U_ном< U_max< 2U_ном, конденсаторы соединяются по два последовательно, а для получения требуемой емкости С несколько таких цепей включаются параллельно. Число параллельных цепей конденсаторов

, (2.9)

где С - емкость, рассчитанная по формуле (2.1);

m_c=2 - число последовательно соединенных конденсаторов в каждой параллельной цепи.

Коэффициент 1, 3 учитывает возможное уменьшение емкости конденсаторов при минимальной рабочей температуре - 50⁰С.

Рассчитанное по формуле (2.9) число округляется до ближайшего большего целого.

При продолжительной рабочей температуре емкость конденсаторов может превышать номинальную на 10 %. В результате фактическое значение емкости может лежать в пределах от С_min до C_max

(2.10)

(2.11)

Для расчетов нужно использовать то значение емкости, при котором выдерживается заданное условие расчета. Так. при расчетах индуктивности коммутирующего дросселя по формуле (2.3) и рабочей частоты по формуле (2.7) нужно принимать С=С _max, а при расчете максимальной скорости нарастания напряжения по формуле (2.4) нужно принимать С=С_min.

Номинальные параметры конденсаторов можно использовать для расчетов в качестве предельных при определенном законе изменения напряжения на конденсаторе, который приводится в технических условиях. При существенных отличиях фактической формы кривой напряжения от номинальной, например при f> f_ном, должен производиться специальный расчет, в результате которого может потребоваться увеличение m_c. В курсовом проекте этот расчет не выполняется.

При заданном токе I_{н min} величину U_{н min} можно рассчитать по известным значениям активных сопротивлений обмоток двигателей и сглаживающего реактора с учетом потерь напряжения в преобразователе. Для расчета в курсовом проекте принимаем U_{н min} =0, 3U_max..

Коэффициент затухания k_з принимается равным 0, 8.