5 Расчёт количества вентилей в плече выпрямителя

5.1 Общие положения

При проектировании выпрямителя возникает необходимость правильного расчёта количества вентилей в нём. Мощность электроэнергии, пропускаемой через вентили выпрямителя, зависит от мощности нагрузки и напрямую влияет на расчёт количества вентилей в плечах выпрямителя. У выпрямителей мощных электроприводов значение тока и напряжения могут быть настолько велики, что не удаётся выбрать один вентиль с соответствующими параметрами для плеча моста выпрямителя. Поэтому, если напряжение, прикладываемое от вторичной обмотки трансформатора к выпрямителю, будет больше напряжения класса выбранных вентилей (диодов и тиристоров), то в каждом плече моста выпрямителя необходимо поставить несколько последовательно включённых вентилей. Если ток нагрузки, пропускаемый через плечи моста, будет больше, чем допустимый ток выбранного вентиля, то в каждом плече необходимо поставить несколько параллельно включённых между собой вентилей. Таким образом, плечи моста выпрямителя будут состоять из группы вентилей, в которой часть вентилей включена последовательно, а часть – параллельно (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 – Диодные (а) и тиристорные (б) плечи выпрямителя с защитными элементами ИД, и

При расчёте группы вентилей, включённых последовательно и параллельно, необходимо учесть особенности их работы в группе.

При включении вентилей последовательно может возникнуть неравномерность распределения обратного напряжения, прикладываемого к плечу, между вентилями в силу того, что вольт-амперные характеристики даже одинакового типа вентилей не совпадают друг с другом и имеют определённый процент расхождения. Следовательно, в этом случае необходимо предусмотреть меры по равномерному распределению обратного напряжения между последовательно включёнными вентилями, а именно параллельное включение каждому вентилю одинаковых по величине шунтирующих резисторов Ом.

При включении вентилей в плече параллельно друг другу может также возникнуть неравномерность распределения прямого тока между вентилями вследствие неодинаковых их внутренних сопротивлений в одном и том же типе вентилей. Следовательно, и в этом случае необходимо предусмотреть меры по равномерному распределению прямого тока между параллельно включёнными вентилями, а именно: в каждую параллельную ветвь необходимо последовательно с вентилями включить индуктивный делитель тока с индуктивностью = 10 20 мкГн. В режиме коммутации токов вентилей и в других переходных режимах возникают перенапряжения на вентилях, способные вывести их из строя. Для гашения этих перенапряжений параллельно вентилям и шунтирующим резисторам подключают демпфирующие цепочки . Величины и принимают на уровне = 30 50 Ом, а = 5 10 мкФ.

5.2 Расчёт количества последовательно включённых вентилей в плече мостового выпрямителя

Количество последовательно включённых вентилей в плече моста определяется из условия обеспечения максимально допустимого обратного напряжения на вентиле при пробое одного из них: (5.2)

где максимальное обратное напряжение, прикладываемое на плечо моста с учётом колебаний напряжения в сети и коммутационных перенапряжений в выпрямителе во время сетевой коммутации тока вентилей; ( напряжение класса вентиля, указываемое в паспорте на данный тип вентиля (этот параметр необходимо взять из таблиц 5.1 и 5.2);

+1 – дополнительный вентиль в плече, обеспечивающий запас вентильной прочности плеча по напряжению, т. е. при пробое одного из последовательно включённых вентилей на остальных вентилях остаётся максимально допустимое значение обратного напряжения;

коэффициент неравномерности распределения напряжения по последовательно включённым вентилям в силу некоторого (до ±10%) различия номинальной величины сопротивления . Для силовых вентилей принимается = 0,8.

Таблица 5.1 – Типы и параметры диодов

Тип	Класс
ДЛ161-200	8 9 10	800 900 1 000	200	320	1,45
ДЛ171-320	8 9 10	800 900 1 000	320	500	1,45

Таблица 5.2 – Типы и параметры диодов

Тип	Класс				,В
ДЛ171-250	8 9 10	800 900 1000	250	390	100	1,45
ДЛ171-320	8 9 10	800 900 1000	320	500	100	1,45

Величина определяется с учётом следующих факторов, характеризующихся коэффициентами и :

где – действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора;

– коэффициент, учитывающий колебания напряжения в сети, в том числе и в сторону его повышения на 20%, = 1,2;

– коэффициент, учитывающий коммутационные перенапряжения во время сетевой коммутации тока вентилей выпрямителя, = 1,3.

При расчёте результат округляется до ближайшего большего целого числа.

5.3 Расчёт количества параллельно включённых вентилей в плече мостового выпрямителя

Количество параллельно соединённых вентилей в плече моста определяется из условий обеспечения допустимых среднего и действующего значений тока через каждый вентиль плеча

(5.2)

где – номинальное значение выпрямленного тока нагрузки;

– максимально допустимый средний ток вентиля по паспорту (этот параметр необходимо взять из таблиц 5.1 и 5.2);

– коэффициент, учитывающий перегрузку вентиля в период пуска двигателя постоянного тока электропривода (нагрузка), при котором ток двигателя может превышать номинальный в 1,6 раза, т. е. = 1,6;

– коэффициент, учитывающий неравномерное распределение тока между параллельно включенными вентилями плеча выпрямителя, связанное некоторыми (до±10%) отклонениями вольт – амперных характеристик вентилей, .

При расчёте n пар результат округляется до ближайшего большего целого числа. Для тиристоров также нормируется критическая скорость нарастания прямого тока . Упрощённо величину можно определить, если принять, что ток в процессе коммутации меняется по линейному закону . С учетом того, что и получим

На рисунке 5.1 изображена принципиальная схема плеча выпрямителя с и включенных вентилей (диодов – а и тиристоров – б).