Проектирование системы управления широтно-импульсным преобразователем
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
ВВЕДЕНИЕ
Силовая преобразовательная техника - это дисциплина содержанием, которой является разработка методов расчета электрических схем преобразователей, необходимых для проектирования преобразовательных устройств.
Преимущества полупроводниковых преобразовательных устройств по сравнению с другими преобразователями неоспоримы: они обладают высокими регулировочными характеристиками и энергетическими показателями, имеют малые габариты и массу, просты и надежны в эксплуатации. Кроме преобразования и регулирования тока и напряжения такие установки обеспечивают бесконтактную коммутацию токов в силовых цепях. Количественный рост различных радиоэлектронных устройств и устройств электропривод, все более широко применяющегося в различных отраслях народного хозяйства, связан с увеличением потребляемой суммарной мощности источников электропитания. Разработка и создание рациональных источников электропитания становится актуальной проблемой. Рассмотрение начинается с электрических машин, трансформаторов и выпрямителей, так как они широко применяются в аппаратуре предприятий связи, а также они получили наибольшее применение в автоматизированном электроприводе.
В курсовом проекте необходимо спроектировать неуправляемый однофазный мостовой выпрямитель, последовательный широтно-импульсный преобразователь ШИП. Данная система рассчитывается для питания R-Lнагрузки с параметрами:
Схема выпрямителя представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Силовая схема однофазного мостового выпрямителя, последовательный широтно-импульсный преобразователь ШИП
Для описания работы схемы рассмотрим отдельно однофазный мостовой неуправляемый выпрямитель и отдельно ШИП.
Трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель является двухполупериодной схемой выпрямления, характеризующиеся переменным током во вторичных обмотках трансформатора. Необходимые расчетные соотношения.
Действующее значение тока вентилей
Среднее значение тока вентилей
Коэффициент формы тока
Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора
Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора
где - коэффициент трансформации.
Среднее значение выпрямленного ЭДС
Коэффициент схемы по ЭДС:
Максимальное значение прямого и обратного напряжения
Полная мощность первичной и вторичной обмоток трансформатора
где U, I, P - постоянные составляющие выпрямленного напряжения, тока и мощности;
- коэффициент схемы по мощности,
Тогда полная мощность трансформатора
Теперь рассмотрим работу ШИП.
ШИП постоянного напряжения преобразовывают постоянное напряжение в импульсное, среднее значение которого можно регулировать.
В связи с постоянным напряжением на входе преобразователя естественная коммутация вентилей невозможна, что требует выполнения его на вентилях с полным управлением (запираемые тиристоры, транзисторы). GTO-тиристоры допускают частоту переключений до 1 кГц, IGBT-транзисторы - примерно до 10 кГц, полевые транзисторы - до 1000 кГц и выше. Поэтому в проектируемой схеме выпрямителя в качестве вентиля будет использован IGBT-транзистор.
В проектируемой схеме возможна только однополярная модуляция. При включении транзистора VТ1 на выходе формируется положительный импульс напряжения. При выключении транзистора VТ1диод VD5включается в режим нулевого вентиля, замыкая при этом через себя ток нагрузки. На этом интервале формируется нулевая пауза напряжения на нагрузке.
Основные расчетные соотношения ШИП:
Коэффициент заполнения импульсов (скважность)
где tи - длительность выходных импульсов;- период импульсов.
Среднее значение тока транзистора
Действующее значение тока транзистора
Среднее значение напряжения на транзисторе
Диаграммы работы ШИП представлены на рисунке 2.
Рисунок 2 - Диаграммы работы ШИП
1. ВЫБОР СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ (СПП)
.1 Расчет гармонического состава тока и напряжения
Проверим условие наличия гармоник по формуле
,(1.1)
где ?П - частота пульсации цепи, ?П=100Гц.
,
Как видим условие (1.1) не выполняется, тогда рассчитываем гармонический состав тока и напряжения по формуле
,(1.2)
где - амплитудное значение напряжения n-ой гармоники;- номер гармоники;- эквивалентное число фаз выпрямления, m=2;
- номинальное значение напряжения на нагрузке.
Амплитудное значение тока n-ой гармоники будем искать по формуле
,(1.3)
где XL - реактивное сопротивление нагрузки, ,
Ом.
Так как выпрямленное напряжение симметрично относительно оси ординат, то при разложении в ряд Фурье будут отсутствовать все четные гармоники. А из-за отсутствия пути для замыкания системы обратной последовательности, будут отсутствовать все гармоники кратные трем. Тогда n=1, 5, 7, 11, 13, …
Расчет гармоник:
Первая гармоника:
Пятая гармоника:
Седьмая гармоника:
Тогда но