Расчет неуправляемых и правляемых выпрямителей при различных режимах работы

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 4

1. Расчета выпрямителя н активную апромышленную анагрузку ЕЕ.. 5

1.1а Выбора рациональнойа схемы выпрямителя... 5

1.2а Расчета качественныха показателей выпрямителя. 6

2. Расчета выпрямителя н активно-индуктивную нагрузкуа

электрическиха аппаратов 8

3.     Особенности работы и расчета выпрямителя н емкостной

накопитель энергии . 11

4. Расчета выпрямителя c четома явления коммутации 14

5. Расчета правляемого выпрямителя ва режиме стабилизации

выходного напряжения ... 16

6.     Определение энергетическиха показателейа выпрямителя при

различныха характераха нагрузки 20

7. Схематическое моделирование выпрямителя са помощью

программныха средств .. 26

8. Разработк принципиальной схемы управляемого выпрямителя

для электропривод постоянного тока 30

Приложение А...... 33

Приложение Б... 34

Приложение В.. 35

Приложение Г... 36

Приложение Д.. 37

Заключение 38

Списока литературы.. 39

Введение

Энергия, содержащаяся ва природныха источниках (каменный голь, вод и т.п.)а является первичной, стройства, преобразующие еёа ва энергию электрическую, называются источниками первичного электропитания (ИПЭ). Непосредственное использованиеа ИЭа затруднено тем, что иха выходноеа напряжение ва большинствеа случаева стандартное переменное. Между тема почтиа половин электроэнергии потребляемойа ва нашей странеа потребляется ва видеа постоянного напряжения различныха значений или ток нестандартной частоты. Потребителямиа могута служить:а электропривод (активно-индуктивная нагрузка), лампы, нагревательные стройства (активная нагрузка), сварочные аппараты, технологические становки (активно-емкостная нагрузка)а и т.д.

Питание подобныха потребителей осуществляется ота источникова вторичного электропитания (ИВЭ). ИВЭ - это стройства, предназначенные для преобразования электроэнергии ИЭа до вид иа качества, обеспечивающиха нормальноеа функционирование питаемыха има потребителей. Ва состава ИВЭ, ва соответствииа са рисунком 1, кромеа самого стройств ИЭа могута входить дополнительные стройства.

Внешнее правление

Устройство правления иа контроля

Источника вторичного электропитания

Устройство защиты и коммутации

ИПЭ

Нагрузка

Сигналы защиты иа коммуникации

Рисунок 1 - Обобщенная структурная схем ИВЭ.

Ва даннойа работе подлежита разработкеа и расчёту полная принципиальная схема, также моделирование электрическиха режимова силовой частиа электропитающего стройств с помощьюа программного пакет EWB.

1. Расчета выпрямителя н активную промышленную нагрузку

Рассчитать неуправляемыйа выпрямитель са активнойа нагрузкой (беза потери напряжения ва фазаха выпрямителя), если известны среднееа значение выпрямленного напряжения и тока: U₀ = 60 В, I₀ = 30 А.

Требуется:

1. Определить рациональный тип схемы выпрямителя. Вычертить принципиальную и эквивалентную схемы этого выпрямителя.

2. Вычислить частоту П(1) и коэффициент пульсаций П(1) выпрямленного напряжения 0 по основной гармонике; величину сопротивления R₀ нагрузки и её мощность

0, среднее I_пр.v и эффективное I_эфф.vа значения прямого тока вентиля, действующие значения фазных ЭДС E₂ и тока I₂ вентильных обмоток трансформатора.

3. Вычертить, соблюдая масштаб по оси ординат и по оси абсцисс (-π/2≤ω2, выпрямленного напряжения 0 (отметить уровень U₀) и обратного напряжения обр._v на вентиле (отметить уровень U_max.v), также тока 2 вентильной обмотки трансформатора (отметить уровень I₂) и прямого тока пр._v вентиля (отметить уровни I_пр.v и I_эфф.v).

1.1а Выбора рациональнойа схемы выпрямителя

Для определения тип схемы выпрямителя рассчитаема мощность, потребляемую ва нагрузке:

0 = U₀0 , (1.1)

0 = 60<30 = 1800 Вт

Ва результате наиболее рациональныма типома выбираема однофазнуюа мостовую схему выпрямителя, ва соответствии c рисунком 1.1.

D2

D3

~U1

~U1

i1

D4

i0

U0

D1

i2

R0

Рисунок 1.1 - Принципиальная схем однофазного мостового выпрямителя

Учитывая, что ва фазаха нета потерь, то пороговое напряжение, динамическое сопротивление прямойа ветви ВХа диода, также индуктивность рассеяния и активноеа сопротивление обмотока трансформатор принимаема равныма нулю: U_пор.v = 0, R_g.v = 0, L_s = 0, R_T +

g_.v. Тогд принципиальная схем примета вида ва соответствии са рисунком 1.2:

i0

U0

R0

D2ид

D3ид

D4ид

e2

D1ид

~

Рисунок 1.2 - Эквивалентная схем однофазного мостового

выпрямителя c четома допущений

1.2а Расчета качественныха показателей выпрямителя

Вычисляема частотуа пульсаций П(1) по формуле:

аП(1) = m₂<

1 , а(1.2)

гдеа 2 - число фаза вторичнойа обмотки преобразовательного

трансформатора, 2 = 1;

p>

f₁ - частот питающей сети, 1 = 50 Гц.

f_П(1) = 1250 = 100 Гц.

Вычисляема коэффициента пульсаций П(1)а по формуле:

П(1) = а, (1.3)

k_П(1) = аа0,667.

Вычисляема величинуа сопротивления R₀а нагрузки по закону Ома:

R₀ = а, (1.4)

R₀ = 60 / 30 = 2 Ом.

Вычисляема среднееа значение прямого ток I_ср.vа вентиля по формуле [1]:

I_ср.v = , (1.5)

I_ср.v = 30 / 12 = 15 А.

Вычисляема эффективноеа значение прямого ток вентиля I_эфф.vа по формуле [1]:

I_эфф.v = ф._v ср._vа , (1.6)

гдеа ф._v - коэффициента формы кривой ток вентиля,

ф._v = 1,57 - принимаема ва зависимости ота схемы

выпрямителя, [1,18].

I_эфф.v = 1,57 15 = 23,55 А.

Вычисляема действующееа значение фазныха ЭСа E₂а и ток I₂а по формулам [1,18]:

E₂ = 1,110 , (1.7)

I₂ = 1,110, (1.8)

E₂ = 1,11<60 = 66,61 В, I₂ = 1,11<30 = 33,3 А.

Вычисляема максимальное обратное напряжениеа н вентиле по формуле [1,18]:

U_max.v = (1.8)

U_max.v = а<= 94,2 В.

Графики зависимостей 2(0(2(VD₁(

2. Расчета выпрямителя н активно-индуктивную нагрузку

электрическиха аппаратов

Схем выпрямителя (беза потерь напряжения ва фазаха выпрямителя), значение фазныха ЭСа E₂ аи величин активного сопротивления R₀а нагрузки сохранились такими же, кака иа ва пункте 1.2. Индуктивное сопротивлениеа нагрузки X_L = 2

0а н частотеа 2

2

1 апульсаций основнойа гармоники ва 0.

Требуется:

1. Вычертить аэквивалентную асхему авыпрямителя абез апотерь ав афазах выпрямителя ас ктивно-индуктивной анагрузкой.

2. Вычислить среднее значение напряжения U₀ и тока I₀ нагрузки, коэффициент пульсаций П(1)а на нагрузке, среднее I_ср.vа и эффективное I_эфф.vа значения прямого ток вентиля, действующее значение I₂ тока 2 авентильной обмоткиа преобразовательного трансформатора.

3. Для значений фазового гла (-π/2≤ω0, также мгновенноеа значение напряжения 0 ан нагрузке R₀.

4. Вычертить (соблюдая масштаб, принятый ва задании №1)а кривые мгновенныха значений фазныха ЭСа 2, выпрямленного напряжения а0 (отметить уровень U₀), токова 0, 0,в, 0,св (отметить уровень I₀), тока 2 вентильной обмотки (отметить уровень I₂).

D2ид

D3ид

D4ид

e2

D1ид

i0

U0/

R0

L0

~

Рисунок 2.1 - Эквивалентная схем однофазного мостового

выпрямителя приа активно-индуктивной нагрузке

Расчета качественныха показателей выпрямителя

Вычисляема индуктивноеа сопротивление нагрузки X_L, которое ава 0, по формуле:

L₀ = , (2.1)

где ω - круговая частота, ω =а 2π1, с^-1.

L₀ = а<= 9,5510^-3 Гн.

Вычисляема величину выпрямленного действующего значения U₀^/а по формуле:

U₀^/ = , (2.2)

U₀^/ = а<= 60 В.

Така кака среднее значение ЭСа Lа индуктивности L₀а з периода равно нулю, то среднее значение напряжения н выходе фильтр и нагрузке практическиа одинаковы, т.е. U₀ = U₀^/ = 60 В.

По законуа Ом вычислима значениеа ток I₀ :

I₀ = а<= 30 А.

Вычисляема коэффициента пульсаций П(1)а н нагрузке R₀а по формуле [1,22]:

П(1) = (2.3)

k_П(1) = а<= 0,211.

Вычисляема среднееа значение прямого ток вентиля по формуле (1.5):

I_ср.v = ,

I_ср.v = 30 / 12 = 15 А.

Вычисляема эффективноеа значение прямого ток вентиля I_эфф.vа по формуле (1.6):

I_эфф.v = ф._v ср._vа ,

где ф._v =

I_эфф.v =

Вычисляема действующееа значение ток I₂а вентильной обмоткиа преобразовательного трансформатор по формуле [1,22]:

I₂ = 0 , (2.4)

I₂ = 30 = 42,43 А.

Вычисляема вынужденнуюа 0,ва иа свободную 0,сва составляющие и полныйа тока 0а для значенийа угл <-π/2≤ω≤π/2а по формуле [1,20]:

i₀ = 0,в + 0,св =, (2.5)

где E_2m - амплитудное значениеа фазной ЭСа E₂, E_2m = E₂, В;

φ = - <- 6,3⁰.

Результаты вычисленийа заносима ва таблицу 1.

Таблица 1 - Результаты авычислений

ω	-π/2	-π/3	-π/6	0	π	π	π
i0,в	-21,74	-11,58	1,69	14,49	23,42	26,07	21,74
i0,св	49,58	34,98	24,68	17,41	12,28	8,66	6,11
i0	27,84	23,4	26,37	31,9	35,7	34,73	27,85
u0	55,7	46,8	52,74	63,8	71,4	69,46	55,7

Значения мгновенныха напряжений 0а определяема по закону Ома, т.е. 0 = i₀R₀.

Графики зависимостейа 2(0(0, 2(0,в(0,св(0(

3.    Особенностиа работы и расчета выпрямителя н емкостной

накопитель энергии

Схем выпрямителя, среднее значениеа выпрямленного напряжения U₀а и ток I₀а остались такимиа же, кака иа ва пункте 1.2, но параллельно са сопротивлениема R₀а нагрузки включена конденсатора C₀. Ва фазаха выпрямления имеются сопротивления активныха потерь R_П = R_ТР +

Д_Vа (R_ТР - омическое сопротивлениеа обмотока трансформатора, R_ДV - динамическое сопротивлениеа вентиля), величин которыха ва 0а на нагрузке. Коэффициента пульсацииа П(1)а н нагрузке и частот питающей сети 1а такие же, кака ва пункте 2.1.

Требуется:

1. Вычертить эквивалентнуюа схему выпрямителя (с активным сопротивлением потерь в фазах) c активно-емкостной нагрузкой.

2. Вычислить действующие значения фазных ЭДС E₂ аи ток I₂а вентильной обмоткиа трансформатора;а емкость конденсатор C₀, среднееа I_ср.vа и эффективное I_эфф.vа значения прямого ток вентиля.

3. Вычертить (соблюдая масштаб, принятый ва задании №1)а кривые мгновенныха значений фазныха ЭСа 2 (отметить уровень U₀ и значение двойного угла 2θа отсечки), тока 2 вентильной обмотки (отметить уровень I₂)а и прямого ток пр._vа вентиля (отметить уровень I_эфф.v и I_ср.v).

i0

U0

R0

D2ид

D3ид

D4ид

e2

D1ид

С0

~

Rп

Рисунок 3.1 - Эквивалентная схем однофазного мостового

выпрямителя при активно-емкостной нагрузке

Расчета качественныха показателей выпрямителя

При расчете принимаема коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения П(1) = 0. Расчета ведется са помощью вспомогательныха коэффициентов:а A(θ), B(θ), D(θ), F(θ), H(θ).

Коэффициента A(θ)а определяема по формуле [1,23]:

A(θ) = π (3.1)

где R_П = R₀/

A(θ) = 3,14

По таблице а[1,23]а определяема оставшиеся коэффициенты:

B(θ) = 0,88; D(θ) = 2,45;а F(θ) = 7,51;а H(θ) = 8700;а гола θ = 36,5⁰.

Вычисляема действующее значение фазныха ЭСа E₂а по формуле [1,24]:

E₂ = B(θ)U₀, (3.2)

E₂ = 0,8860 = 52,8 В.

Вычисляема действующее значение ток I₂а по формуле:

I₂ = < D(θ)I_ср.v, (3.3)

гдеа I_ср.v = а<= 15 А.

I₂ = < 2,4515 = 51,79 А.

Вычисляема емкость конденсатор C₀ апо формуле:

C₀ = мк), (3.4)

C₀ = <= 6184,83а мк

Эффективный тока вентиля определяема по формуле:

I_эфф.v = ф._vI_ср.v = D(θ) I_ср.v, (3.5)

I_эфф.v = 2,4515 = 36,75 А.

Графики зависимостейа 2(0(0, 2(пр._v(эфф._v, I_ср.v априведены ва приложении В.

4. Расчета выпрямителя c четома явления коммутации

Схем выпрямителя, активно-индуктивная нагрузка, значение фазнойа ЭСа E₂, величин ток I₀а нагрузки, частот сети 1а остались такими же, кака ва пункте 2.1, но преобразовательный трансформатора имеета индуктивность рассеивания L_S, з счета которой выпрямленноеа напряжение U_0γа снижается н ℓ = 5%а ота напряжения идеального выпрямителя.

Требуется:

1. Вычертить эквивалентнуюа схему выпрямителя c коммутационными потерями ва фазаха выпрямителя приа индуктивной реакции нагрузки.

2. Вычислить гола коммутацииа γ, среднее значениеа выпрямленного U_0γа напряжения, действующее значение ток I_2γ, вентильной обмотки трансформатора, среднееа I_пр.vа и эффективноеа I_эфф.vа значения прямого ток вентиля.

3. Вычертить (соблюдая масштаб, принятый ва задании №1)а кривые мгновенныха значений фазныха ЭСа 2, напряжения 0γа н выходе вентильного устройства (отметить уровень U_0γ иа угол γ), тока 2 вентильной обмотки (отметить уровень I_2γ, значение гла γ, иа угола проводимости вентиля).

~

i0

U0/

R0

L0

D2ид

D3ид

D4ид

e2 Ls

D1ид

Рисунок 4.1 - Эквивалентная схем однофазного мостового

выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке

Расчета качественныха показателей выпрямителя

Вычислима угола коммутации выпрямителя [1,26]:

γ = arcos(1-2ωL_sI₀/E_2m.лин), (4.1)

где E_2m.лин - амплитуд межфазного напряжения у вентильныха обмоток,

E_2m.лин = E_2m <= E₂ = 94,2 В - для однофазной мостовойа схемы;

L_S - индуктивность рассеивания.

Для определения L_S воспользуемся уравнением [1,26]:

U_0γ = U_0xx - (R_П +_S)I₀, (4.2)

где U_0xx = U₀ = 60 В;

R_П = 0;

ℓ %= , (4.3)

Подставляя формулу (4.3)а ва (4.2), и выразива L_S, получим:

L_S = , (4.4)

L_S = а<= 0,001 Гн или L_S = 1 мГн.

Определяем аугола коммутации аγ

γ = arccos(1-223,14500,00130/94,2) = arccos(0,8) ≈ 36,87 эл. град.

Среднее значение выпрямленного напряжения определяем по формуле (4.3):

U_0γ = U₀(1-ℓ%/100) = 60(1-5

Вычисляема действующее значение ток вентильной обмотки трансформатора I_2γа по формуле [1,28]:

I_2γ = (4.5)

где

таблице [1,28].

I_2γ = 42,430,988 = 41,92 А.

Вычисляема среднее значение прямого ток I_прγа вентиля:

I_прγ = (4.6)

I_прγ = а<= 14,25 А.

Вычисляема эффективное значение ток I_эфф.v:

I_эфф.v = (4.7)

I_эфф.v = а<= 29,64 А.

Графики зависимостейа 2(0γ(0γ, 2(2γа приведены ва приложении Г.

5. Расчета правляемого выпрямителя ва режиме

стабилизации выходного напряжения

Управляемые выпрямителиа применяются для регулирования и изменения электрическиха режимова ва промышленныха электроприемникаха питающихся ота постоянного тока. Например, исполнительный двигатель электропривод постоянного тока, то путема изменения средневыпрямленного напряжения регулируется частот вращения ротора. При стабилизации авыпрямленного напряжения достигается стабильная скорость вращения двигателя ва словияха изменяющейся механической нагрузки.

m1, f1, u1

Тр

РВБ

m1, f1, u1

ФУ

СН

U0α

U0α

U0α, fп(1), kп(1)

UУИ

СУ

Рисунок 5.1 - Структурная схем правляемого выпрямителя

Ва схемеа выпрямителя (см. рис.2.1)а диоды заменены н тиристоры и введена нулевой диод (для лучшения свойства правляемого выпрямителя). Путема изменения гл αа включения тиристорова выходноеа напряжение правляемого выпрямителя должно поддерживаться неизменныма н уровне 0,7U₀а при колебанияха фазной ЭСа 2а ота E_2min = 0,75E₂а до E_2max = 1,1E₂ (значения E₂а и U₀а сохранились такими же, кака ва пункте 2.1).

Требования:

1. Вычертить эквивалентную схему правляемого выпрямителя (без потерь в фазах выпрямителя) с индуктивной реакцией нагрузки и с нулевым диодом.

2. Вычислить минимальное α_minа и максимальный α_maxа значения глова включения тиристорова и максимальноеа значение коэффициент П(1)а пульсаций н выходеа тиристорной группы.

3. Построить регулировочную характеристику выпрямителя.

D0ид

i0α

U*0α

R0

L0

i2

S4ид

S3ид

S2ид

e2

S1ид

ЦUупр

Uос

СУ

~

4. Вычертить (соблюдая масштаб, принятый ва задании №1)а кривые мгновенныха значенийа фазныха ЭСа 2а и напряжения U^/_0αа н выходе тиристорнойа группы при минимальнома E_2min аи максимальнома E_2maxа значенияха фазнойа ЭДС (отметить уровень 0,7U₀а и значения α_minа и α_max).

Рисунок 5.2 - Эквивалентная схема В с активно-индуктивной нагрузкой

Расчета качественныха показателей выпрямителя

Определима критическийа угола включения тиристоров по формуле [1,35]:

α_кр = (5.1)

Подставляя значения, получим:а

α_кр = а<= 0а эл. град.

Определима номинальный гола включения тиристоров по формуле [1,35]:

U^*_0α = U₀, (5.2)

где U^*_0α - выходное напряжениеа управляемого выпрямителя,

U^*_0α = 0,7U₀а задано по условию;

Выразива гола включения тиристоров, получим:

α_ном =

Определима minа напряжение тоже минимальное, то U^*_0α = 0,7U₀/0,75. Така кака α_кр = 0, то α_minа рассчитываема по формуле (5.2):

α_min = arcsin(-0,721/0,75+1)+π

налогично α_minа определима α_maxа са четома того, что U^*_0α = 0,7U₀/1,1.

α_max =

Определима максимальныйа коэффициента пульсаций н выходе тиристорной группы по формуле [1,40]:

П(1) = <, (5.3)

где α = α_max - соответствующий максимальнойа пульсации выходного

напряжения;

<а<= 1,892

Определим коэффициент пульсаций н выходе выпрямителя по формуле:

(5.4)

где L₀ - индуктивность рассеивания, L₀ = 0,002 (см. пункт 4.2);

а<= 1,602.

Определяема минимальноеа и максимальное амплитудныеа значения ЭСа вентильнойа обмотки:

E_{2m min} = ξ_ПE_2m, (5.5)

E_{2m max} = ξ_МE_2m, (5.6)

где ξ_П аи ξ_М - коэффициенты, характеризующие отклонение

действующего значения фазной ЭСа вентильнойа обмотки

трансформатор ота номинального значения E₂,

ξ_М = 1,1а и ξ_П = 0,75;

E_{2m min} = 0,7566,61 = 70,65 В,

E_{2m max} = 1,166,61 = 103,62 В.

Графики зависимостейа 2(0α(2_min аи максимальнома E_2maxа значенияха фазной ЭДС, приведены ва приложении Д.

Регулировочная характеристик правляемого выпрямителя.

По зависимостиа (5.2)а построима графика регулировочной характеристики однофазного управляемого выпрямителя.

U0, В

α, эл. гр.

Рисунок 5.3 - Регулировочная характеристик однофазного УВ.

Принципа работы стабилизатор напряжения ва автоматическома режиме

втоматическая стабилизация напряжения н заданнома уровне обеспечивается з счета введения ва Ва контур отрицательнойа обратной связи. Сигнала обратной связи поступаета са датчик напряжения ДН, с постоянныма передаточныма коэффициентома g_н, и воспринимается входныма устройствома системы правления СУ. Также на систему правления подается задающее напряжениеа U_α, предписывающее значениеа выходного напряжения U_0α. Ва словияха изменения напряжения н вентильнойа обмотке ота U_{2 min} = ξ_ПE_2нома до U_{2 max} = ξ_m2ном выходное напряжение должно поддерживаться н уровнеа 0,7U₀.

Входное аустройство СУ формируета сигнала рассогласования ос - U_α = g_нU_0α ЦU_α. Этота сигнала поступаета н преобразующееа устройство, где подвергается интегрированию. Выходной сигнала преобразующего стройств аобладаета способностьюа накапливать сигнала рассогласования. Сигнала β(

6. Определение энергетическиха показателейа выпрямителя при различныха характераха нагрузки

Требуется:

1. Выбрать типа диода и тиристор для схема выпрямителей заданий 1, 5. Определить пороговое напряжение U_пор.vа и динамическое сопротивлениеа R_gvа прямой ветвиа ВХа у выбранныха вентилей.

2. Вычислить мощность потерь

пот._vа ва вентиляха з счета прохождения прямого ток и коэффициента использования K_2,T авентильнойа обмотки трансформатора. Пояснить, какое влияние н величины а

пот._vа и K_2,T аоказываюта типа схемы и характера нагрузки.

3. Определить значение ЭСа E₂, необходимой для получения заданного напряжения U₀а при нагрузочнома токе I₀а у реального выпрямителя са активно-индуктивной нагрузкой. Выбрать трансформатора и двигатель постоянного ток ДПТ. Рассчитать коэффициента полезного действия такого выпрямителя.

Выбора диодова иа тиристоров

Диоды и тиристоры выбираются по допустимомуа прямому ток I_пр.допа и мплитудному обратномуа напряжению U_обр.max.

I_пр.доп ≥ I_ср.v / K_I (6.1)

U_обр.max ≥ U_max.v / K_U

где K_I, K_U - коэффициенты использования вентиля, K_I = K_U = (0,7÷0,8).

Вычислима значения I_ср.v / K_Iа и U_max.v / K_Uа для выбор диодов, ва которыха I_ср.v = 15 и U_max.v = 94,2 Ва для заданий 1-4. Значения коэффициентова использования примем равныма K_I = K_U = 0,75.

I_ср.v / K_I =а 15/0,75 = 20 А,

U_max.v / K_U = 94,2/0,75 = 125,6 В.

По найденныма значенияма выбираема силовойа диода тип ВК2-25 (Д212-25-200). Параметры выбранного диод приведены ва таблице 2 [1,103].

Таблица 2 - Основные параметры силового вентиля ВК2-25

Среднее значениеа номинального ток Iном, А	Номинальное напряжениеа Uном, В	Прямоеа падение напряжения ∆U, Ва	Обратныйа тока при Umax, мА	Значение интеграла 2са при Tp-n=1400Cа
25	200	0,5	5	2320

налогично вычисляема значения I_ср.vs / K_I и U_max.vs / K_Uа адля выбор тиристоров, ва акоторыха аI_ср.vs = 0,7I_ср.v <= 10,5 А а(така кака U^*_0α = 0,7U₀) аи U_max.vs = E_2mmax <= 103,62 Ва для задания 5.

I_ср.vs / K_I =а 10,5/0,75 = 14 А,

U_max.vs / K_U = 103,62

По найденныма значенияма выбираема тиристора тип T<-25 (Т212-16-200). Параметры выбранного диод приведены ва таблице 3 [1,107].

Таблица 3 - Основные апараметры тиристор T<-25

Пределный ток, А	Напряжение перкелючения, В	Прямоеа падение напряжения ∆U, В (не более)	Прямой и обратный тока течки, мА	Значение интеграла 2са при Tp-n=1400Cа
25(16)	200	1	10	2

Определяема пороговоеа напряжение U_пор.vа и динамическое сопротивлениеа R_gvа прямой ветвиа ВХа у выбранныха вентилей.

U_пор.v = ∆U = 0,5 Ва для диода

U_пор.vs = ∆U = 1 Ва для тиристора

R_gv = ∆U

где I - среднее значениеа прямого ток вентиля, А.

R_gv = 0,5 /25 = 0,02 Ома для диода

R_gvs = 1 / 25 = 0,04 Ома для тиристора

Определима мощность потерь

пот._vа ва вентиляха з счета прохождение прямого ток для каждого вид нагрузки по формуле [1,16].

пот._v <= (U_пор.vI_ср.v + I²_эфф.v R_gv)

где

пот._v <= 4(0,515+(23,55)²0,02) = 74,37 Вт - активная нагрузка,

пот._v <= 4(0,515+(15)²0,02) = 48 Вт - активно-индуктивная нагрузка,

пот._v <= 4(0,515+(36,75)²0,02) = 138,05 Вт - активно-емкостная нагрузка.

Определима коэффициента использования K_2,T авентильнойа обмотки трансформатор для каждого вид нагрузкиа по формуле [1,8].

K_2,T <= а, (6.4)

K_2,T <= а<= 0,812а - активная нагрузка,

K_2,T <= а<= 0,637а - активно-индуктивная нагрузка,

K_2,T <= а<= 0,658а - активно-емкостная нагрузка.

Исходя иза рассчитанныха данных, можема сделать вывод, что наиболее оптимальной схемойа является схем са активной нагрузкой.

Определение значения ЭСа E₂, необходимой для получения заданного напряжения U₀а при нагрузочнома токе I₀а у реального выпрямителя са активно-индуктивной нагрузкой. Для этого воспользуемся уравнениема [1,26].

U₀ = , (6.5)

где L_S - индуктивность рассеивания, L_S = 0,001 Гн (см. л.15),

R_п - сопротивлениеа потерь ва фазе, R_п = 2/15 Ома (см. л.12).

<= а<= 60 + (

Иза соотношения E₂/U₀ = 1,11/η_a [1,18], гдеа η_a = 1а находима ЭДС

E₂ = 1,11<= 1,1167 <= 74,37 В.

Определима значения КДа для каждого вид нагрузки по формуле

η = (6.6)

где

пот.тр-ра - мощность потерь ва трансформаторе, Вт,

пот_.тр-ра = m₂I₂²R_тр, (6.7)

гдеа R_тр - сопротивление обмотока трансформатора, Ом,

R_тр = R_п -

gv, (6.8)

η = а<= 0,91а - активная нагрузка,

η = а<= 0,893 - активно-индуктивная нагрузка,

η = а<= 0,822 - активно-емкостная нагрузка.

Выбора трансформатор производима по напряжениюа сети U₁ = 220 В, напряжениюа вторичной обмотки U₂ = 74,37 В аи типовойа мощности трансформатора S_тип.

Определима типовуюа мощность трансформатор по формуле [1,8]

S_тип = 0,5(S₁ + S₂), (6.9)

где S₁, S₂ - мощности сетевойа и вентильной обмотока соответственно, Вт,

S₁ = m₁U₁I₁,

S₂ = m₂U₂I₂, (6.10)

где U₂ = 74,37 В (см. выше),

I₂ = 41,42 (см. л.15),

Тока I₁а находима из соотношения

(6.11)

I₁ = I₂а<= 41,42а<= 14,01 А.

S₁ = S₂ =122014 = 3080 ВА

Выбираема трансформатора тип ОСВМ-4,0-ОМ5 а[2] са номинальнойа мощностью S_н = 4,0 кВА, номинальным напряжениема н первичной обмотке U_ВН = 220 В и напряжением н вторичной обмотке при холостом ходу U_Нхх = 115 В.

Выбора конденсатора апроизводима по номинальному напряжению, частоте напряжения иа емкости C₀ = 6185 мк. Поскольку несуществуета электролитическиха конденсаторова н емкость C₀ = 6185 мк, то соединяема параллельно четыре конденсатор К-50-24-63В-1мк-В иа конденсатор К-50-24-63В-2200мк-В ва конденсаторную батарею [3].

Выбора двигателя постоянного ток производима по номинальной выходнойа мощности выпрямителя и выпрямленному напряжению. Чтоба выбрать двигатель вычислима выходную мощность двигателя

ном.а

ном = (6.12)

где η - коэффициента полезного действия двигателя,

Выбираема двигатель [4] постоянного ток 4ПБМ-132МО4а основныеа параметры которого

ном = 2,36 кВт, U_н = 110 В, I_н = 25,4 А, η = 80%, н = 1500 об/м.

Проверима выбора мощности:

расч =а а<= 2250 кВт

Можно сделать вывод, что выбранный двигатель довлетворяет словиям.

7. Схематическое моделированиеа выпрямителя са помощью

программныха средств

Ва результатеа математического моделирования выпрямителей по схемама заданийа 1-3а са использованиема программы Electronics Workbenchа 5.12а получить:

1. Распечаткуа принципиальныха схема выпрямителейа са символьными обозначениямиа элементов, значениями иха параметрова и значениямиа параметрова U₀, E₂, I₀, I_эфф.v, I₁а измереннымиа цифровыми вольтметрами и амперметрами программы.

2. Осциллограммы мгновенныха значений 0(2(пр._v(обр._v(

Моделирование выпрямителя при работе н активную нагрузку

Моделирование выпрямителя при работе н активно-индуктивную нагрузку

Моделирование выпрямителя при работе н активно-емкостную нагрузку

8. Разработк принципиальной схемы правляемого выпрямителя адля электропривод постоянного тока

Принципиальная схем приведен н рисунке 8.1.

Состава иа описание принципиальной схемы.

Устройство предназначено адля преобразования электрической энергииа переменного ток ва энергию постоянного ток и регулирования выпрямленного напряжения.

Принципиальная схема выпрямителя содержит следующие злы и аппараты:

Ø вводной автоматический выключатель QF1;

Ø однофазный трансформатора TV;

Ø силовые предохранители FU3 аи FU4;

Ø магнитный пускатель KM;

Ø приборы индикацииа ток и напряжения н выходе стройств RS;

Ø органы контроля и правления стройствома SB;

Ø блока системы правления выпрямителема U;

Ø блока источник питания системы управления G;

Ø входные иа выходные зажимы силовыха цепей.

Напряжение питания выпрямителя U = 220 В,

Рисунок 8.1 - Принципиальная электрическая схем однофазного правляемого выпрямителя

полупроводниковые приборы (тиристоры)а з счета регулирования угл открытия тиристорова происходита регулируемое преобразование энергииа переменного ток ва энергию постоянного тока. Для сигнализации наличия напряжения ва преобразователе предусмотрены сигнальные лампы HL1а и HL2.

Устройство позволяета регулировать напряжение н нагрузке ва пределаха ота 0а до 60 Ва приа потребляемой мощности 1,8 кВт.

Основной источника выделения тепл ва установке - силовой трансформатор, тиристоры, источники питания цепейа управления, катушк контактора, силовые шины, разъемныеа и неразъемные контактныеа соединения. Возможными источникамиа электрическиха и магнитныха помеха могута быть трансформатора TV, контактора КМ, электрическая машин постоянного тока.

ппараты аиа элементы са максимальнымиа габаритами и массой:а Трансформатор, силовой преобразователь, контактор.

Ва состава однофазного тиристорного преобразователя входята тиринсторы VS1, VS2, VS3а и VS4, трансформатора TVа и систем импульсно-фанзового правления СИФУ. СФу вырабатываета импульсы правления тиристорамиа са заданной фазойа по отношению к напряжению сети.

Приложение А

Графики зависимостей 2(0(2(VD₁(

u0, В

U0

ωt

e2, В

ωt

ivd1, ivd4, А

Iэфф.v

Iср.v

ωt

Uобр.vd1, В

ωt

i2, А

ωt

Приложение Б

Графики зависимостейа 2(0(0(0(0,в(0,св(2(0(

i0, i0.cв, i0.в, А

I0

ωt

i0.св

i0.в

u0, В

U0

ωt

i2, А

I2

ωt

e2, В

ωt

i0, i0.cв, i0.в, А

I0

ωt

i0.св

i0.в

u0, В

U0

ωt

i2, А

I2

ωt

Приложение В

Графики зависимостейа 2(0(пр._v(эфф._v(ср._v(2(2(

iпр.v, А

Iср.v

Iэфф.v

ωt

2θ

e2

u0

ωt

U0

e2, u0, В

ωt

i2, А

I2

51,8

Приложение Г

Графики зависимостейа 2(0,γ(0,γ и γ) vd₂(vd₁(2,γ(

e2, В

ωt

γ = 36,87

u0γ, В

U0γ

ωt

ivd1, ivd4, А

ωt

ivd2, ivd3, А

ωt

Приложение Д

Графикиа зависимостей 2(*_0,α(0, α_min, α_max) при E_2mmin и E_2mmax.

e2, В

ωt

u*0, В

0,7U0

ωt

αном=66,42

u*0, В

0,7U0

ωt

αmin=29,93

u*0, В

0,7U0

ωt

αmax=74,17

e2min, В

ωt

e2max, В

ωt

Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены пять выпрямителей. В этой работе мы разрабатывали неуправляемый выпрямитель. Рациональность полученных результатов оценивают с технической точки зрения.

Лучшей следует считать такую схему, которая дает:

- среднее значение выпрямленного напряжения, приближенное к

амплитудному значению ЭДС вентильной обмотки преобразующего

трансформатора.

- малую величину амплитуды основной гармоники пульсаций.

- меньшее значение мощности потерь в вентиле.

Список литературы

1.     Кузнецов Е.М. Расчета и моделирование электропитающиха стройства для промышленныха становок.: учебное пособие.Ц Омск: Изд-во ОмГТУ, 2 г.

2.     Электротехнический справочник.: В 3-х т. Т.2. Электротехнические изделия и стройства./Под ред. В.Г.Герасимова и др. - 9-е изд., испр. и доп. - М.: Энерготомиздат, 2003. - 715 с.: ил.

3.     Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные стройства РЭА [Текст] : справ. / Н. Н. Акимов, Е. П. Ващуков, В. А. Прохоренко, Ю. П. Ходоренок. -. -. - Минск : Беларусь, 1994. -. - 591 с. : орн.

4.     Сайта производителя электродвигателей (домен сайта скрыт//reference.elp.ru/1/4/1/_elektrodvigateli_4PBM132