3.2.6. Разработка силовой схемы

Для надежной работы преобразователя необходимо обеспечить равномерное распределение токов по параллельно включенным вентилям и обратных напряжений между последовательно включенными вентилями.

Схема вентильного плеча выпрямителя с устройствами выравнивания тока и напряжения представлена на рисунке 3.2.

3.2.7. Расчет характеристик преобразователя

Расчет внешней характеристики и угла коммутации вентильных токов выпрямителя

Внешняя характеристика выпрямителя является прямолинейно падающей из-за потери напряжения при коммутации вентильных токов. Угол наклона внешней характеристики зависит от индуктивного сопротивления Х_а.

Внешняя характеристика выпрямителя рассчитывается по формуле:

, (3.30)

где: U_d0 – напряжение холостого хода выпрямителя;

А=0,26 – коэффициент схемы;

u_К – напряжение короткого замыкания, %;

b_В – число последовательно включённых вентилей в вентильном плече

выпрямителя.

е – число последовательно включенных вентильных плеч выпрямителя; е=4 для 12-ти пульсовой мостовой схемы;

DU_В =1,05– прямое падение напряжения на открытом вентиле выпрямителя, В;

- коэффициент загрузки выпрямителя.

Напряжение короткого замыкания:

u_К=u_КТ+u_КС,%, (3.31)

u_КС= u_КТ(Х_С/Х_ТР),%, (3.32)

u_КС= 7,9 × (0,0016/0,0109)=1,15 %,

u_К=7,9+1,15=9,05 %,

Рассчитаем угол коммутации вентильных токов по формуле:

, (3.33)

Строим временные диаграммы работы выпрямителя при токе нагрузки I_d=I_d.Н. Временная диаграмма работы представлена на рисунке 3.3 и включает следующие графики :

Рис. 3.2 - Схема вентильного плеча выпрямителя по мостовой схеме

-напряжение вентильной обмотки трансформатора u₂ (трехфазная

синусоида);

-выпрямленное напряжение u_d;

-тока вентильной обмотки i₂;

-тока сетевой обмотки i₁.

3.2.8. Расчет коэффициентов мощности

Коэффициент мощности c - отношение активной мощности P₁, потребляемой от сети, к полной мощности S₁:

, (3.34)

где P₁ - активная мощность потребляемая от сети;

S₁ – полная мощность.

В упрощенных инженерных расчетах c можно рассчитать по формулам:

для выпрямителя:

, (3.35)

где n - коэффициент несинусоидальности тока; n=0,988.

Для выпрямителя рассчитываем c_В при токах нагрузки I_d=0; I_d=0,5I_dН; I_d=I_dН и строим график зависимости c_В=f(I_d) в первом квадранте, изображены на рисунке 3.5.

Рис. 3.3 - Временные диаграммы работы 12-ти пульсового выпрямителя

Производим расчёт для выпрямителя:

для Id = 0:

для Id = 0,5 Idн:

для Id = Idн:

3.2.9. Устройство защиты и сигнализации исправности диодов тяговых выпрямителей узс-15 эм

Устройство УЗС-15 ЭМ предназначено для защиты выпрямителей от пробоя диодов. Устройство разработано для выпрямителей ТПЕД и обеспечивает контроль одного и более диодов и отключение выпрямителя при пробое диода, а также предотвращает включение выпрямителя при наличии пробитого диода. Схема подключения УЗС-15 ЭМ к выпрямительному агрегату тяговой подстанции представлена на рисунке

УЗС-15ЭМ содержит следующие функциональные блоки:

• источник питания и синхронизации;

• блок фильтров;

• блок формирования команды отключения выпрямителя;

• контрольные трансформаторы опроса состояния диодов;

Рис. 3.4 - Графики внешних характеристик выпрямителей

• генератор импульсов;

• блок контроля диодов.

Схема подключения контрольных цепей защиты к вентильному плечу выпрямительного агрегата представлена на рисунке 3.6.

Конструктивно указанные блоки объединяются в две панели. Контрольные трансформаторы своими первичными обмотками подключены к выходам блока фильтров, а вторичными – к индивидуальным RC-цепям диодов.

Синхронизирующее напряжение из блока питания поступает на блок контроля диодов к формирователю импульсов запуска генератора опроса состояния диодов. Генератор опроса формирует высокочастотные импульсы контроля. Эти импульсы усиливаются и поступают через фильтры блока питания на контрольные трансформаторы опроса состояния диодов.

Величина высокочастотного импульсного тока определяет состояние диодов: если диод пробит – ток большой, если не пробит – мал.

Величина высокочастотного импульсного тока измеряется в блоке контроля диодов с помощью импульсного трансформатора и детектора.

Постоянное напряжение с выхода детектора, пропорциональное величине высокочастотного импульсного тока, поступает на пороговый элемент. Если величина напряжения превышает порог переключения, то сигнал с выхода порогового элемента поступает на вход триггера памяти, к выходу которого подключен светодиод, свечение которого указывает на пробой одного из контролируемых диодов. Кроме этого, сигнал с выхода триггера, отметившего пробитый диод, поступает на усилитель высокочастотных импульсов контроля, и на пробитый диод прекращается подача импульсов.

Кнопкой «СБРОС» можно выключить триггер памяти, если увеличение высокочастотного импульсного тока произошло из-за перегрева диода без его повреждения.

При пробое двух и более диодов в шестипульсовой мостовой схеме, или при пробое хотя бы одного диода в двенадцатипульсовой схеме формируется команда на отключение выпрямительного агрегата.

Рис. 3.5 - График зависимости коэффициента мощности от тока нагрузки 12 – ти пульсового выпрямителя