Расчет параметров элементов защиты

Наиболее чувствительными элементами силовой части ВП являются полупроводниковые вентили. Они требуют защиты от токов перегрузки и от перенапряжений, т.к. имеют относительно небольшую перегрузочную способность по этим параметрам.

Для надёжной работы ВП, требуется предусмотреть устройства защиты. Схема их включения показана на Рисунке 1 в графической части.

В данной схеме предусмотрены следующие устройства защиты:

• — автоматические выключатели QF1и QF2;
• — плавкие предохранители UF1-UF3;
• — защита от перенапряжений RC-цепи, состоящие из однотипных резисторов R1-R6 и однотипных конденсаторов C1-C6;
• — вспомогательный выпрямитель, включающий в себя диоды VD1-VD6, резисторы R7-R8 и конденсатор С 7.

Защита от аварийных токов Защита ВП от аварийных токов при внешних коротких замыканиях и срывах инвертирования обеспечивается автоматическими выключателямиQF1и QF2, которые устанавливают в цепях переменного и постоянного токов соответственно.

На интервале срабатывания автоматических выключателей при внутренних коротких замыканиях и коротких замыканиях в цепи нагрузки, ограничение токов выполняют уравнительные реакторы.

Наряду с рассмотренными, в ВП применяют быстродействующие устройства защиты по управляющему электроду, сдвигающие импульсы управления к границе инверторного режима при появлении в силовых цепях аварийных токов.

Защита ВП от внутренних коротких замыканий обеспечивается плавкими предохранителями. При этом для любого момента времени допустимый ток вентиля, должен быть больше тока срабатывания защиты, то есть:

(6.1).

Или.

(6.2).

где, — максимально допустимые значения интегралов квадрата аварийного тока вентиля и устройства защиты, соответственно.

Значение интеграла определяется по формуле:

(6.3).

где, А — значение ударного тока вентиля при заданной длительности перегрузкиберётся из номинальных параметров вентиля по[3]:

;

— длительность перегрузки, берётся из [1, с.16]:

Времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но какможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта.

Полученное максимально допустимое значение интеграла квадрата аварийного тока устройства защиты согласно ГОСТ 17 242–86 будет удовлетворять плавким предохранителям с плавкими вставками типов gR.

Расчёт параметров защиты от перенапряжений При коммутационных и аварийных режимах на вентиль действуют кратковременные периодические и однократные перенапряжения, для ограничения которых применяют специальные защитные устройства.

Рисунок 2. Вспомогательный диодный выпрямитель Для защиты от внешних перенапряжений, возникающих при включении и отключении преобразовательного трансформатора, применяют вспомогательный диодный выпрямитель, нагруженный на RC контур

Параметры элементов C7, R7, R8 определяют по следующим формулам:

(6.4).

где — величина тока холостого хода трансформатора в процентах.

(6.6).

Расчетная мощность, Вт резисторов R13 и R14 определяется, соответственно, из выражений:

(6.7).

(6.8).

Для защиты вентилей от коммутационных перенапряжений, вызванных накоплением носителей в полупроводниковой структуре, параллельно вентилям включают защитные RC цепочки (R1 — C1 на рисунке 3).

Рисунок 3. Защитная RC цепь Их параметры выбираем равными:

— емкость конденсатора в защитнойRC-цепи;

— сопротивление резистора в защитнойRC-цепи;

Расчетная мощность, Вт резистора R3 выберем по формуле:

(6.9).

Для выбора диодовVD1-VD6 проведём следующий расчёт:

Определим Э.Д. С. на выходе защитного моста —, В, по следующей формуле:

(6.10).

Определим напряжение, прикладываемое к диоду, В, по следующей формуле:

(6.11).

Определим максимальный ток в нагрузке защитного моста —, А, по следующей формуле:

(6.12).

Выбор элементов защиты На основе расчётных значений емкостей конденсаторов, сопротивлений резисторов, их мощности и рабочих напряжений выберем эти элементы из справочных данных [11, 12].

Для осуществления защиты ВП от аварийных токов при внешних коротких замыканиях и срывах инвертирования выбираем, исходя из величины линейного напряжения сети — 380 В, номинального напряжения двигателя — 220 В, действующего значения фазного тока первичной обмотки трансформатора -5,247 А и номинального тока нагрузки — 18,43 А, в качестве QF1и QF2автоматические выключатели:

QF1 автоматический выключатель переменного тока типа ВА 61F29 с электромагнитным расцепителем, со следующими основными параметрами:

• — номинальная ток выключателя: Iном= 6,3 А;
• — номинальное рабочее напряжение: Uном = 220/380 В;
• — количество полюсов: P = 3;
• — характеристика срабатывания электромагнитного расцепителя — B(в 3−5 раз больше Iном).
• — предельный ток отключения — Iпр = 1,5 кА.

QF2 автоматический выключатель постоянного тока ETIMAT DC применяются для защиты цепей постоянного тока от перегрузок и коротких замыканий в диапазоне рабочих токов от 0,5 до 32 А, со следующими основными параметрами:

• — номинальная ток выключателя: Iном= 20 А;
• — номинальное рабочее напряжение: Uном = 220 В;
• — количество полюсов: P = 2;
• — характеристика срабатывания электромагнитного расцепителя — B (в 3−5 раз больше Iном).
• — предельный ток отключения — Iпр = 6 кА.

ПредохранителиUF1-UF3типа ПР-2 220 В 15−60Ас основными параметрами:

• — номинальный ток предохранителя — Iп= 60 А;
• — номинальный ток плавкой вставки — Iп.в.= 20 А;
• — номинальное напряжение —Uпр =220 В.

РезисторыR7, R8 типа С 2−23 с металлоэлектрическим проводящим слоем, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока с основными параметрами:

• — номинальное сопротивление:R7=262 Ом;R8=309кОм;
• — номинальная мощность:P7=0,062 Вт; P14=0,5 Вт.

Резисторы R1…R6 проволочные типа ПЭВ-20,предназначены для работы в цепях постоянного и переменного тока с основными параметрами:

• — номинальное сопротивление: R1=25 Ом;
• — номинальная мощность: P1=20 Вт.

Конденсатор С 7типа К 50−20 оксидно-электролитический, предназначен для работы в цепях постоянного и пульсирующего напряжений, а также в импульсных режимах. Основные параметры следующие:

• — номинальная ёмкость: С 7= 6,5 мФ;
• — номинальное напряжение: U = 300 В;
• — рабочая температура: T = −60…+85C.

Конденсаторы С 1…C6 типа К 72П-6, фторопластовые конденсаторы предназначены для работы в электрических цепях постоянного, переменного и пульсирующего токов, а также в импульсных режимах. Основные параметры следующие:

• — номинальная ёмкость: С 1= 0,47 мФ;
• — номинальное напряжение: U = 500 В;
• — рабочая температура: T = −60…+125C.

VD1 — VD6 диоды типа 2Д 22ОБ выпрямительные диоды со средним током не более 10 А, со следующими основными параметрами:

• — максимально допустимый средний прямой ток: А;
• — повторяющееся импульсное обратное напряжение: В.