ЗМІСТ
Введення. 4
1. Розрахунок параметрів елементів коливального контуру і робочої частоти регулювання. 6
1.1. Ємність комутуючого конденсатора. 6
1.2. Число паралельних ланцюгів конденсаторів вибраного типу. 8
1.3. Мінімальна ємність комутуючого конденсатора. 8
1.4. Максимальна ємність комутуючого конденсатора. 9
1.5. Індуктивність комутуючого дроселя. 9
1.6. Максимальна тривалість комутаційного інтервалу. 11
1.7. Максимальна тривалість процесу перезаряду комутуючого конденсатора 12
1.8. Робоча частота регулювання. 12
2. Розрахунок групового з'єднання напівпровідникових приладів. 14
2.1. Число послідовно з'єднаних тиристорів у групі, що виконує функції VS1. 14
2.2. Число послідовно з'єднаних тиристорів у групі, що виконує функції VS2. 15
2.3. Число послідовно з'єднаних діодів у групі, що виконує функції VD1 16
2.4. Число послідовно з'єднаних діодів у групі, що виконує функції VD2 17
2.5. Найбільше середнє значення струму VS1. 17
2.6. Найбільше середнє значення струму VS2. 18
2.7. Найбільше середнє значення струму VD1. 18
2.8. Найбільше середнє значення струму VD2. 19
2.9. Число паралельних гілок у групі тиристорів, що виконують функції VS1 19
2.10. Мінімальний граничний струм тиристорів, що виконують функції VS2 20
2.11. Число паралельних гілок у групі діодів, що виконують функції VD2 21
2.12 Мінімальний граничний струм діодів, що виконують функції VD1. 21
2.13 Вибір кваліфікаційної групи тиристорів по критичної швидкості наростання прямого напруги. 22
3. Розрахунок параметрів захисних елементів перетворювача. 23
3.1. Опір шунтуючих резисторів для групи тиристорів, що виконують функції VS1. 23
3.2. Опір шунтуючих резисторів для групи тиристорів, що виконують функції VS2. 24
3.3. Ємність шунтуючих конденсаторів для групи тиристорів, що виконують функції VS1. 24
3.4. Ємність шунтуючих конденсаторів для групи тиристорів, що виконують функції VS2. 25
3.5. Індуктивність дроселя, включеного послідовно з групою тиристорів, що виконують функції VS1. 25
3.6 Індуктивність дроселя, включеного послідовно з групою тиристорів, що виконують функції VS2. 27
3.7 Параметри , S, lcp дроселя насичення, включеного послідовно з групою тиристорів, що виконують функції VS1. 27
3.8 Параметри , S, lcp дроселя насичення, включеного послідовно з групою тиристорів, що виконують функції VS2. 31
3.9 Принципові схеми груп напівпровідникових приладів, що виконують функції VS1, VS2, VD1, VD2, із захисними елементами. 32
4. Розрахунок параметрів вхідного фільтра й індуктивності ланцюга навантаження. 33
4.1. Спрощена схема системи імпульсного регулювання напруги. 33
4.2. Ємність вхідного фільтра. 33
4.3. Індуктивність вхідного фільтра. 34
4.4. Власна частота вхідного фільтра з урахуванням індуктивності контактної мережі і при необхідності, коригування ємності фільтра. 35
4.5. Індуктивність ланцюга навантаження перетворювача. 35
5. Силова схема перетворювача і тимчасові діаграми .. 37

Введення

Спрощена схема, що показує принцип роботи системи імпульсного регулювання напруги на тяговому двигуні, наведена на мал.1. На цій схемі тиристорний перетворювач умовно показаний у вигляді контакту К.
Ланцюг навантаження перетворювача містить згладжує реактор (дросель Lн) і тяговий двигун, паралельно яким включений діод VD. Для зменшення пульсацій магнітного потоку обмотка збудження зашунтовані резистором Rш.
При замиканні ключа на навантаження подається напруга джерела живлення Uф і струм навантаження iн починає зростати. Струм iн змінюється поступово, тому що при його зростанні в ланцюзі навантаження з'являється ЕРС самоіндукції еLH, спрямована зустрічно напрузі джерела живлення.
Діод VD закритий. При розмиканні ключа К струм iн зменшується, полярність ЕРС самоіндукції змінює знак і стає прямою для діода VD. Діод відкривається і через нього починає протікати струм навантаження iн під дією різниці ЕРС eLH і Е, що виникає в двигуні при його обертанні. При черговому замиканні ключа до діода VD прикладається зворотне напруга і він закривається, двигун отримує живлення від джерела.
Регулювати середнє значення напруги на навантаженні Uн можна або за рахунок зміни тривалості імпульсу (широтний регулювання), або за рахунок частоти проходження імпульсів (частотне регулювання)
Струм, споживаний від контактної мережі, має імпульсний характер, що неприпустимо. Для згладжування пульсацій застосовуються вхідні фільтри. Фільтр містить дросель Lф і конденсатор Сф.
Розроблено багато схем тиристорних перетворювачів. У більшості схем для відключення головного тиристора, що з'єднує ланцюг навантаження з джерелом живлення, використовується коммутирующий конденсатор, який підключений паралельно головному тиристору за допомогою допоміжного тиристора. Для отримання полярності напруги на конденсаторі, необхідної для замикання головного тиристора, конденсатор спочатку заряджається від джерела живлення, а потім перезаряджається за допомогою коливального контуру LC.
У схемі перетворювача, наведеної на рис.2., Головним є тиристор VS1, допоміжним - тиристор VS2. Тимчасові діаграми струмів і напруг наведені на рис.9. При побудові діаграм і при виведенні розрахункових співвідношень прийняті наступні припущення:
• напруга на відкритому діоді і тиристорі дорівнює нулю;
• пульсації струму навантаження дорівнюють нулю;
• пульсації напруги джерела живлення дорівнюють нулю;
• активний опір всіх елементів схеми дорівнює нулю;
• струм утримання тиристорів дорівнює нулю.
Робота перетворювача починається з тиристора VS2. При цьому конденсатор З заряджається від джерела U через відкритий VS2, що згладжує дросель
Lн і двигун. Полярність напруги на С показана на рис.2, без дужок. При Uc = U струм заряду ic знижується до нуля і тиристор VS2 закривається.
При включенні тиристора VS1 напруга джерела U подається на навантаження і одночасно збирається коливальний контур, що містить заряджений конденсатор С, відкритий VS1, дросель L і діод VD1. Конденсатор З перезаряджається і полярність на ньому стає як на рис.2. в дужках.
Перезарядженим конденсатор використовується для виключення тиристора VS1. Для цього включається тиристор VS2 і напруга конденсатора З виявляється прикладеним до тиристору VS1 у зворотному напрямку. Тиристор VS1 закривається, а напруга на виході перетворювача стрибком збільшується до U + kз. V. Одночасно починається процес заряду конденсатора від джерела U струмом ic = iн.

1. Розрахунок параметрів елементів коливального контуру і робочої частоти регулювання

1.1. Ємність комутуючого конденсатора

Ємність комутуючого конденсатора розраховується з умови tв = tc. По таблиці 2.1. з [1] знаходимо, що tв = 16 мкс, при групі по tв = 7 з умови.
Ємність комутуючого конденсатора впливає на схемне час tc, протягом якого до тиристору VS1 прикладається зворотна напруга. Величина tc повинна бути не менше часу вимкнення тиристора tв.
Відповідно до формули (1. 19) з [1] tc tc буде
мінімальним при поєднанні мінімальної напруги живлення Umin і
максимального струму навантаження Iнmax. З цієї умови, а також з умови iв = ic отримуємо:

(1.1)

де С - ємність комутуючого конденсатора, Ф;
кз - коефіцієнт загасання. У існуючих імпульсних перетворювачів дорівнює 0,7 - 0,8;
tв - час виключення тиристора VS1.

Ф.

Від ємності комутуючого конденсатора залежить також швидкість наростання прямого напруги на тиристорі VS1, яка не повинна перевищувати критичну.
З урахуванням формули (1.18) з [1] отримуємо:

(1.2)

де	- Критична швидкість наростання прямого напруги на тиристорі VS1.

Приймаємо по таблиці 3.1. з [1] значення критичної швидкості наростання прямого напруги для кожної нормованої за цим параметром групи. Приймаються групи 2 і відповідну їй швидкість, рівну 50 В / мкс, тому що чим менше швидкість наростання, тим менше робоча частота регулювання. Дійсно, чим нижче група і, відповідно, нижче швидкість наростання, тим вище ємність комутуючого конденсатора і тим вище індуктивність комутуючого дроселя. Чим вище обидві ці величини, тим вище максимальна тривалість процесу перезаряду конденсатора tn, а відповідно нижче робоча частота регулювання.

Ф.

Більша з отриманих за формулами (1.1) і (1.2) значень приймаємо за С.
С = 7,2.10-6 Ф.

1.2. Число паралельних ланцюгів конденсаторів обраного типу

Для розрахунку в курсовому проекті вибрано конденсатор типу РСТ-2-2.12-У2 з номінальною амплітудою знакозмінного напруги Uн = 2000 В, номінальному ємністю Сн = 2,12 мкФ і номінальною частотою fн = 800 Гц.
Так як Uн <Umах <2. Uн, то конденсатори з'єднуються по два послідовно, а для отримання необхідної ємності З кілька таких ланцюгів включаються паралельно. Число паралельних ланцюгів конденсаторів:

(1.3)

де С - ємність, розрахована за формулою (1.1) і (1.2);
mc - число послідовно з'єднаних конденсаторів в кожній паралельній ланцюга, mc = 2;
1,3 - коефіцієнт, що враховує можливе зменшення ємності конденсаторів при мінімальній робочій температурі мінус 50 ° С.

.

Розраховане за формулою (1.3) значення округлюється до найближчого більшого цілого.

1.3. Мінімальна ємність комутуючого конденсатора

При мінімальній робочій температурі мінус 50 ° С мінімальна ємність коммутирующей конденсатора може бути отримана з формули (1.3):

(1.4)

Ф.

С = Сmin використовується при розрахунку максимальної швидкості наростання напруги по формулі (2.4) з [I].

1.4. Максимальна ємність комутуючого конденсатора

При позитивній робочій температурі ємність конденсаторів може перевищувати номінальну на 10%. У результаті фактичне значення ємності може лежати в межах від Сmin до Cmax.
За формулою (2.11) з [1] маємо:

(1.5)

Ф.

C = С max використовується при розрахунках індуктивності комутуючого дроселя по формулі (2.3) з [1] і робочої частоти за формулою (2.7) з [I].

1.5. Індуктивність комутуючого дроселя

За формулою (2.3) з [I] маємо:

(1.6)

Пан.

Величина індуктивності контуру L впливає на швидкість наростання прямого напруги на тиристорі VS2. При відкритому тиристорі VS1 напруга на VS2 одно за величиною напруги на конденсаторі uc. З рівняння (1.12) з [1]

(1.7)

максимальна швидкість зміни напруги uc буде при ic = Im, де Im - амплітудне значення струму контуру.

(1.8)

Як випливає з діаграми uVS2 рис.5 з [1], починаючи з моменту, при
якому ic = Im до тиристору VS2 прикладається пряму напругу, швидкість наростання якого не повинна перевищувати критичну

(1.9)

Звідси з урахуванням (1.16) з [1]

(1.10)

отримуємо друга умова, що обмежує величину індуктивності контуру:

(1.11)

Пан.

Вибираємо більша з двох чисел, розрахованих за формулами (1.6) і (1.11).
L = 558, 19.10-6 Гн.

1.6. Максимальна тривалість комутаційного інтервалу

За формулою (2.8) з [1]

(1.12)

де tkmax - максимальна тривалість комутаційного інтервалу;
С = С max.
Взаємозв'язок tkmax c струмом навантаження є суттєвим недоліком перетворювачів, виконаних за схемами, в яких коммутирующий конденсатор перезаряджається струмом навантаження. За таких схемах для забезпечення надійного функціонування перетворювача при малих струмах потрібно або знижувати робочу частоту, або завищувати, мінімальна напруга на навантаженні.

с.

1.7. Максимальна тривалість процесу перезаряду комутуючого конденсатора

Тривалість tn процесу перезаряду конденсатора дорівнює тривалості напівперіоду власних коливань контуру.
З урахуванням формули (1.15) з [I]

(1.13)

де  o - власна частота коливального контуру, і з умови  o . tn =  отримуємо:

(1.14)

с.

1.8. Робоча частота регулювання

Обмеження максимального значення f пов'язано з необхідністю отримання заданого мінімального напруги за навантаженням Uнmin, при якому струм двигуна рівний заданому значенню Iнmin при u = 0, де u - швидкість поїзда. За формулою (2.7) з [1] маємо:

(1.15)

гдеUнmin = 0,3. Umax. Одержуємо:

(1.16)

Гц.

Звідси період

с.

2. Розрахунок групового з'єднання напівпровідникових приладів

2.1. Число послідовно з'єднаних тиристорів у групі, що виконує функції VS1

Число m послідовно з'єднаних приладів визначається з умови забезпечення максимально допустимого повторюваного напруги на приладі Uп при пробої одного з них. За формулою (3.1) з [1] маємо:

(2.1)

гдеUvн - найбільше (максимально можливе в робочому режимі) напруга на діоді або тиристорі, показаному на рис.1.;
к1 - коефіцієнт, що враховує нерівномірний розподіл прикладеної напруги між послідовно з'єднаними приладами. Для не лавинних приладів к1 = 0,8, для лавинних, к1 = 1.
Значення mv повинно забезпечувати також відсутність відмов приладів при атмосферних і комутаційних перенапруженнях. За формулою (3.2) з [1]:

(2.2)

гдеUнп - максимально допустимий неповторяющееся напруга на приладі, Uнп = 1,12. Uп;
k2 - коефіцієнт, що враховує рівень обмеження пере напруг пристроями захисту. k2 = 1,4.
Отримані за формулами (2.1) та (2.2) результати округляються до найближчого більшого цілого числа і з них вибирається більшого значення.
Uп одно класу приладу, помноженому на 100. У тиристорів найбільшими є прямі напруги, тому Uvs1н = Uvs2н = Umax.
Для тиристора ТБ-133-200 класу 10:
Uп = 1000 В;
Uнп = 1,12.1000 = 1120 В;
Uvн = 3200 В;
k1 = 0,8 (для не лавинних тиристорів);
k2 = 1,4.
Для тиристора VS1:
за формулою (2.1)

шт.

за формулою (2.2)

шт.

Вибираємо з двох більше: mv = 6 шт.

2.2. Число послідовно з'єднаних тиристорів у групі, що виконує функції VS2

Для тиристора VS2:
за формулою (2.1)

шт.

за формулою (2.2)

шт.

Вибираємо з двох більше: mv = 6 шт.

2.3. Число послідовно з'єднаних діодів у групі, що виконує функції VD1

Значення найбільших напружень визначаються на підставі діаграм, наведених на рис.9 при U = Umax. Найбільші зворотні напруги на діодах VD1:

(2.3)

В.

Для діода ДЛ-133-500, класу 13:
Uп = 1300 В;
Uнп = 1,12.1300 = 1456 В;
k1 = 1 (для лавинних приладів);
k2 = 1,4.
Для діода VD1:
за формулою (2.1)

шт.

за формулою (2.2)

шт.

Вибираємо з двох більше: mv = 3 шт.

2.4. Число послідовно з'єднаних діодів у групі, що виконує функції VD2

Найбільші зворотні напруги на діодах VD2:
Для діода VD2:
за формулою (2.1)

шт.

за формулою (2.2)

шт.

Вибираємо з двох більше: mv = 6 шт.

2.5. Найбільше середнє значення струму VS1

Середнє значення струму тиристора VS1

(2.5)

Значення Ivs1 буде найбільшим Ivs1н при Iн = Imax і при максимально можливому tcy, яке як було показано при визначенні робочої частоти, не повинно перевищувати tcy = T - tkmax. З урахуванням (1.13) і умови Im = 2. Iнmax

,

(2.6)

гдеIvs1н - найбільший середній струм тиристорів VS1;
f - робоча частота регулювання (з п.1.8);
Т - період імпульсів.
С = С max

A.

2.6. Найбільше середнє значення струму VS2

Середнє значення струму ivs2 не залежить від Iн

.

(2.7)

Найбільше середнє значення струму ivs2

.

(2.8)

А.

2.7. Найбільше середнє значення струму VD1

Найбільше середнє значення струму iVD1

.

(2.9)

А.

2.8. Найбільше середнє значення струму VD2

Середнє значення струму iVD2

.

(2.10)

Використання для розрахунку IVD2н поєднання максимального струму навантаження і мінімального tcy дає завищений результат, так як відповідно до рис.3 з [1] струм двигуна досягає Iнmax при >  min.
Точне визначення відповідного  можна виконати тільки за результатами тягового розрахунку. У курсовому проекті приймаємо, що струм двигуна досягає Iнmax при   = 0,2. При цьому умови

.

(2.11)

А.

2.9. Число паралельних гілок у групі тиристорів, що виконують функції VS1

Число av паралельних ланцюгів приладів

,

(2.12)

де k3 = 0,8 - коефіцієнт, що враховує зниження швидкості
охолоджуючого повітря при зменшенні напруги контактної мережі;
k4 = 0,9 - коефіцієнт, що враховує підігрів охолоджуючого повітря при послідовному розташуванні охолоджувачів (радіаторів) напівпровідникових приладів;
k5 = 0,85 - коефіцієнт, що враховує нерівномірний розподіл струму між паралельними гілками приладів;
Iп - максимально допустимий середній струм приладу (граничний струм);
Ivн - найбільший (максимально можливий в робочому режимі) середній струм діода або тиристора.
Отримане за формулою (2.12) значення округлюється до найближчого більшого цілого числа.
Для тиристорів ТБ-133-200 класу 10 Iп = 200 А.

.

2.10. Мінімальний граничний струм тиристорів, що виконують функції VS2

Для цих приладів потрібно вирішити зворотну задачу - визначити мінімальний граничний струм, при якому можна уникнути паралельного з'єднання приладів. Отже, приймаємо число паралельних гілок av = 1. При цьому коефіцієнт k5, що враховує нерівномірний розподіл струму між паралельними гілками приладів буде дорівнює 1, так як паралельних гілок av = 1 і нерівномірного розподілу струму між паралельними гілками не буде.

З формули (2.12) отримаємо

.

(2.13)

Або, з урахуванням того, що av = 1 і k5 = 1

.

(2.14)

А.

За цієї величини струму потрібно вибрати тип VS2.
Вибираємо тиристор ТБ-133-100.

2.11. Число паралельних гілок у групі діодів, що виконують функції VD2

Для діодів ДЛ-133-500 класу 13 Ivн = 500 А. Число av паралельних ланцюгів приладів за формулою (2.12)

.

2.12 Мінімальний граничний струм діодів, що виконують функції VD1

З урахуванням сказаного в п.2.10. і за формулою (2.14) маємо:

А.

За цієї величини струму потрібно вибрати тип VD1.
Вибираємо діод ДЛ-133-100.

2.13 Вибір кваліфікаційної групи тиристорів по критичної швидкості наростання прямого напруги

Відповідно до формули (2.2) з [1] для кожного з тиристорів, що виконують функції показаного на рис.2 тиристора VS1 за формулою (3.11) з [1] маємо:

.

(2.15)

В / с.

По таблиці 3.1. з [1] відповідає групі 1. (У п.1.1. Приймали групу 2).
Для тиристорів VS2 відповідно до формули (2.5) з [1] і з урахуванням умови Im = 2. Iнmах формулою (3.12) з [1] маємо:

.

(2.16)

В / с.

Що за таблицею 3.1. з [1] відповідає групі 1.

3. Розрахунок параметрів захисних елементів перетворювача

3.1. Опір шунтуючих резисторів для групи тиристорів, що виконують функції VS1

Для вирівнювання напружень на послідовно сполучених закритих напівпровідникових приладах паралельно кожному з них включається шунтувальний резистор Rш. Розрахунок опору Rш виробляється з умови, щоб при найгіршому поєднанні вольтамперних характеристик приладів та максимально можливе робочому напрузі ланцюга Uvн напруга на кожному з них не перевищував максимально допустимого значення Uп. Найгіршим є випадок, коли один з показаних на рис.6 з [1] послідовно з'єднаних приладів має найменший зворотний струм, а решта найбільший.
За формулою (4.5) з [1] маємо:

,

(3.1)

гдеI0 - максимальний імпульсний зворотний струм;
Rш - опір шунтуючого резистора;
m - число послідовно з'єднаних приладів.
З додатку 2 з [1] I0 = 40.10- 3 A .
Для тиристора VS1

Ом.

3.2. Опір шунтуючих резисторів для групи тиристорів, що виконують функції VS2

За формулою (3.1) для тиристора VS2:

Ом.

3.3. Ємність шунтуючих конденсаторів для групи тиристорів, що виконують функції VS1

Шунтуючі резистори не гарантують допустимого розподілу напружень на послідовно сполучених приладах при перехідних режимах, що виникають у процесі їх виключення. Якщо прилад зміщення pn-переходу у зворотному напрямку відбувається за певний час, протягом якого через прилад протікає зворотний струм, поступово знижується до значення, обумовленого статичної вольтамперной характеристикою. Повний заряд, що випливає з приладу при перемиканні його з прямого струму на зворотне зміщення, називається зарядом відновлення Qв. З-за різних значень Qв у послідовно з'єднаних приладів наростання зворотних напруг на них буде відбуватися з різними швидкостями, що може привести до неприпустимих перенапряжениям на приладах з найменшими Qв. Для вирівнювання швидкостей паралельно приладів включаються шунтуючі конденсатори Сш. За формулою (4.6) з [I] маємо:

,

(3.2)

де  Qв - максимально можлива різниця значень Qв послідовно включених приладів.
Значення Qв береться з додатка 2 з [1].  Qв = 40.10-6 Кл.

Ф = 0,071 мкФ.

Сш = 0,071.10-6 Ф = 0,071 мкФ.

3.4. Ємність шунтуючих конденсаторів для групи тиристорів, що виконують функції VS2

За формулою (3.2) маємо

Ф = 0,071 мкФ.

Сш = 0,071.10-6 Ф = 0,071 мкФ.
Послідовно з шунтувальним конденсатором включається демпфуючий резистор Rd, що обмежує максимальний струм перезаряду Сш. Опір резистора Rd звичайно дорівнює 30 - 50 Ом. Наявність резистора Rd підвищує dUD / dl. Тому він шунтується діодом VDш.

3.5. Індуктивність дроселя, включеного послідовно з групою тиристорів, що виконують функції VS1

З наведених на рис.9 діаграм iVS1, iVS2 видно, що струм тиристорів змінюється при їх включенні стрибком від нуля до Iн.
Такий режим неприпустимий, він напевно приведе до відмови тиристора. При подачі керуючого сигналу проводить зона утворюється спочатку поблизу керуючого електрода і потім з певною швидкістю поширюється на весь pn-перехід. При високій швидкості наростання анодного струму на невеликій ділянці структури встигає виділитися велика енергія і ця ділянка неприпустимо перегрівається. Максимальна швидкість наростання струму, яка не повинна перевищуватися в процесі експлуатації, називається критичною швидкістю. Необхідний темп наростання струму досягається за допомогою дроселя LС, який включається послідовно з тиристором. Після включення тиристора, напруга на ньому стає рівним нулю, а що з'явилася в обмотці дроселя ЕРС самоіндукції стає рівної напрузі U, яке було на тиристорі у момент включення (активним опором обмотки нехтуємо)

.

(3.3)

Мінімальна індуктивність дроселя визначається з умови

.

(3.4)

Тут передбачається, що один дросель включається послідовно з групою, яка містить av паралельних ланцюгів тиристорів.
З (3.4) легко отримати

,

(3.5)

де	- Критична швидкість наростання струму на тиристорі.

Значення береться з додатка 2 з [1]. = 800.10-6 А / с.
Для тиристорів VS1 за формулою (3.5) маємо:

Пан.

Приймаються Lc = 1,4.10-6 Гн.

3.6 Індуктивність дроселя, включеного послідовно з групою тиристорів, що виконують функції VS2

Для тиристорів VS2 за формулою (3.5) маємо:

Пан.

Приймаються Lc = 5.10-6 Гн.

3.7 Параметри , S, lcp дроселя насичення, включеного послідовно з групою тиристорів, що виконують функції VS1

При використанні тиристорів з високою критичною швидкістю наростання прямого струму, і, відповідно, при малих значеннях Lc дросель можна виконувати без магнітопровода. Якщо ж магнітопровід виявляється необхідним з конструктивних міркувань, то він виконується з матеріалу з прямокутною петлею гістерезису. Такий дросель називається дроселем насичення. Він перемагнічується при практично постійній напруженості поля, близькою до коерцитивної силі Hc. Струм дроселя I при перемагничивании визначається із закону повного струму

,

(3.6)

де  - число витків дроселя;
lср - середня довжина магнітної лінії.
Параметри дроселя вибираються таким чином, щоб відношення I / av було одно 1-2 А, що забезпечує нормальний розвиток процесу включення силового тиристора.
Докладене до дроселя після включення тиристора напруга врівноважується ЕРС, що виникає в його обмотці при зміні магнітного потоку

,

(3.7)

гдеФ = В. S - магнітної потік;
B - індукція;
S - переріз муздрамтеатру.
Відповідно до (3.7) магнітний потік змінюється з постійною швидкістю

.

(3.8)

У процесі перемагнічування магнітний потік змінюється на величину

,

(3.9)

гдеBS - індукція насичення;
Br - залишкова індукція.
Час перемагнічування

.

(3.10)

Після досягнення індукції насичення магнітний потік практично перестає змінюватися, напруга на дроселі стає рівним нулю і струм тиристора зростає до значення струму навантаження. Таким чином, момент наростання струму тиристора затримується щодо моменту його включення на час перемагнічування сердечника. Тому воно називається часом затримки. Величина tзад повинна становити 2-3 мкс, протягом яких провідна зона встигає розповсюдитися на весь pn-перехід тиристора.
Параметри дроселя залежать від величини  В. Значне збільшення  В можна отримати за рахунок додаткової подмагнічівающей обмотки дроселя, за допомогою якої здійснюється попереднє намагнічування сердечника до значення - BS. Тоді при включенні тиристора індукція буде змінюватися від мінус ВS до ВS і  B = 2. BS.
Найбільш поширеним матеріалом з прямокутною петлею гистерезиса є железонікелевих сплав типу 50НП, який випускається у вигляді стрічки товщиною 0,005 - 0,1 мм .
Для цього матеріалу  B = 0,5-1,5 Тл, HC = 20 - 40 А. За відомим  B, HC і Umах прийнятні значення струму перемагнічування і часу затримки можна отримати, варіюючи параметри lсp, S, . При використанні стандартних стрічкових магнітопроводів тороїдального типу рішення задачі вибору числа витків дроселя стає однозначним. У цих магнітопроводів ставлення lcp / S знаходиться в межах 120-160 м-1. Позначивши lcp / S = k, з (3.6) і (3.10) отримуємо

,

(3.11)

гдеtзад - час перемагнічування осердя;
НС - коерцитивна сила для сплаву 50НП;
k - відношення середньої довжини магнітної лінії lcр до перетину магнітопровода S;
 B - зміна індукції в сердечнику;
I - струм дроселя при перемагничивании.
У курсовому проекті потрібно розрахувати число витків дроселя насичення при середніх значеннях параметрів, розкид яких вказані вище. Отримане значення округлюється до найближчого більшого цілого числа і після цього розраховується перетин муздрамтеатру і середня довжина магнітної лінії.
Маємо:
 B = 1 Тл;
HC = 30 А / м;
tзад = 3.10-6 с;
k = 140 м-1;
I = 1,5. av А.
Для тиристорів VS1 I = 1,5. av = 1,5.3 = 4,5 А.

витка.

Приймаються  = 3 витки.
З формули (3.6) маємо

.

(3.12)

Для тиристорів VS1

м.

З відносини lcp / S = k отримуємо

.

(3.13)

Для тиристорів VS1

м2.

3.8 Параметри , S, lcp дроселя насичення, включеного послідовно з групою тиристорів, що виконують функції VS2

За формулою (3.11) для тиристорів VS2, I = 1,5. av = 1,5.1 = 1,5 A

витка.

Приймаються  = 6 витків.
За формулою (3.12) для тиристорів VS2

м.

За формулою (3.13) для тиристорів VS2

м2.

3.9 Принципові схеми груп напівпровідникових приладів, що виконують функції VS1, VS2, VD1, VD2, із захисними елементами

Принципову схему групи п / п приладів, що виконують функції VS1 зображую на рис.3. Схема містить послідовних елементів mv = 6, паралельних елементів АV = 3.
Принципову схему групи п / п приладів, що виконують функції VS2 зображую на рис.4. Схема містить послідовних елементів mv = 6, паралельних елементів АV = 1.
Принципову схему групи п / п приладів, що виконують функції VD1 зображую на рис.5. Схема містить послідовних елементів mv = 3, паралельних елементів АV = 1.
Принципову схему групи п / п приладів, що виконують функції VD2 зображую на Рис.6. Схема містить послідовних елементів mv = 6, паралельних елементів АV = 1.

4. Розрахунок параметрів вхідного фільтра й індуктивності ланцюзі навантаження

4.1. Спрощена схема системи імпульсного регулювання напруги

Спрощену схему системи імпульсного регулювання напруги зображую на рис.7.

4.2. Ємність вхідного фільтра

При розрахунку ємності вхідного фільтра розмах пульсацій напруги на фільтрової конденсаторі приймається рівним 15% від Umax при струмі Imах = 360А.  Uфmax = 0,15.3200 = 480 В.
Частота пульсації при схемі рис.7

Гц.

За формулою (1.6) з [1] маємо

.

(4.1)

Звідси випливає

.

(4.2)

За умови, що Iн = Iнmax = 360 А, за формулою (4.2)

Ф.

Розраховане за формулою (4.2) значення СФ округляється до більшого числа, кратного 16 мкФ (16.10-6 Ф). Це пов'язано з використанням спеціального фільтрової конденсатора типу ФСТ-4-16 з номінальною напругою 4 кВ і номінальною ємністю 16 мкФ.
Отже, приймаємо СФ = 192.10-6 Ф.
Використовується 12 паралельно підключених конденсаторів типу ФСТ-4-16.

4.3. Індуктивність вхідного фільтра

Для розрахунку індуктивності вхідного фільтра розмах пульсацій струму мережі приймається рівним 2% від струму навантаження Iнmax.

A.

За формулою (1.7) з [1]

.

(4.3)

Звідси випливає

.

(4.4)

За умови, що Iн = Iнmax = 360 A , За формулою (4.4)

Пан.

4.4. Власна частота вхідного фільтра з урахуванням індуктивності контактної мережі і при необхідності, коригування ємності фільтра

Індуктивність контактної мережі LКС = 5.10-3 Гн.
Власна частота вхідного фільтра Fф розраховується за ф. (1.9) з [1]

.

(4.5)

Гц.

При нормальній похибки повинна виконуватися умова (1.8) з [1]

,

(4.6)

При f = 516,843 і 2. Fф = 204,626 ця умова виконується. Коригування ємності вхідного фільтру не потрібна.

4.5. Індуктивність ланцюга навантаження перетворювача

Індуктивність ланцюга навантаження перетворювача розраховується за заданим значенням kПmax при Umах і Imах.
kПmax = 0,26;
Umах = 3200 В;
Imах = 360 А.
За формулою (1.5) з [1] маємо

.

(4.7)

Звідси індуктивність ланцюга навантаження перетворювача

.

(4.8)

Пан.

5. Силова схема перетворювача і тимчасові діаграми

Cіловую схему перетворювача зображую на рис.8. Тимчасові діаграми строю на рис.9.
Діаграми будуються для режиму U = Umах, Iн = Imах, tcy = T / 2.
T = 1,9.10-3 c;
tcy = 1,95.10-3 c;
tk = 377,784.10-6 c ≈ 0,378.10-3 c;
tn = 240,442.10-6 c ≈ 0,24.10-3 c;
T - (tk + tcy) = 0,572.10-3 c.
U = 3200 B;
k3. U = 2560 B;
IH = 360 A ;
Im = 2. IH = 720 A .