Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте

Расчет неуправляемых и правляемых выпрямителей при различных режимах работы

СОДЕРЖАНИЕ

аВведение. 4

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

1.1а Выбора рациональнойа схемы выпрямителя... 5

1.2а Расчета качественныха показателей выпрямителя. 6

2. Расчета выпрямителя наа активно-индуктивную нагрузкуа

ааэлектрическиха аппаратов 8

3.     Особенности работы и расчета выпрямителя наа 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

а различныха характераха нагрузки 20

7. Схематическое моделирование выпрямителя са помощью

программныха средств .. 26

8. Разработкаа принципиальной схемы управляемого выпрямителя

для электроприводаа постоянного тока 30

Приложение А...... 33

Приложение Б... 34

Приложение В.. 35

Приложение Г... 36

Приложение Д.. 37

Заключение 38

Списока литературы.. 39

а Введение

Энергия, содержащаяся ва природныха источниках (каменный голь, водаа и т.п.)а является первичной, аа 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 половинаа электроэнергии потребляемойа ва нашей странеа потребляется ва видеа постоянного напряжения различныха значений или токаа 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 видаа иа качества, обеспечивающиха нормальноеа функционирование питаемыха има потребителей. Ва состава ИВЭ, ва соответствииа са рисунком 1, кромеа самого стройстваа 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 схемаа ИВЭ.

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

1. Расчета выпрямителя наа 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 f_П(1) и коэффициент пульсаций k_П(1) выпрямленного напряжения u₀ по основной гармонике; величину сопротивления R₀ нагрузки и её мощность P₀, 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≤ωt≤5π/2), кривые мгновенныха значений: фазных ЭДС e₂, выпрямленного напряжения u₀ (отметить ровень U₀) и обратного напряжения u_обр.v на вентиле (отметить ровень U_max.v), также тока i₂ вентильной обмотки трансформатора (отметить ровень I₂) и прямого тока i_пр.v вентиля (отметить ровни I_пр.v и I_эфф.v).

1.1а Выбора рациональнойа схемы выпрямителя

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

P₀ = U₀I₀ , (1.1)

P₀ = 6030 = 1800 Вт

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

VD2

VD3

~U1

~U1

i1

VD4

i0

U0

VD1

i2

R0

Рисунок 1.1 - Принципиальная схемаа однофазного мостового выпрямителя

Учитывая, что ва фазаха нета потерь, то пороговое напряжение, динамическое сопротивление прямойа ветви ВХа диода, аа также индуктивность рассеяния и активноеа сопротивление обмотока трансформатораа принимаема равныма нулю: U_пор.v = 0, R_g.v = 0, L_s = 0, R_T + p R_g.v. Тогдаа принципиальная схемаа примета вида ва соответствии са рисунком 1.2:

i0

U0

R0

VD2ид

VD3ид

VD4ид

e2

VD1ид

~

Рисунок 1.2 - Эквивалентная схемаа однофазного мостового

выпрямителя c четома допущений

1.2а Расчета качественныха показателей выпрямителя

Вычисляема частотуа пульсаций f_П(1) по формуле:

аf_П(1) = m₂pf₁ , а(1.2)

гдеа m₂ - число фаза вторичнойа обмотки преобразовательного

трансформатора, m₂ = 1;

p - тактность выпрямителя, p = 2;

f₁ - частотаа питающей сети, f₁ = 50 Гц.

f_П(1) = 1250 = 100 Гц.

Вычисляема коэффициента пульсаций k_П(1)а по формуле:

k_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 токаа I_ср.vа вентиля по формуле [1]:

I_ср.v = , (1.5)

I_ср.v = 30 / 12 = 15 А.

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

I_эфф.v = k_ф.v I_ср.vа , (1.6)

гдеа k_ф.v - коэффициента формы кривой токаа вентиля,

k_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 токаа I₂а по формулам [1,18]:

E₂ = 1,11U₀ , (1.7)

I₂ = 1,11I₀, (1.8)

а аE₂ = 1,1160 = 66,61 В, I₂ = 1,1130 = 33,3 А.

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

U_max.v = (1.8)

U_max.v = а= 94,2 В.

Графики зависимостей e₂(wt), аu₀(wt), аi₂(wt), аi_VD1(wt) приведены ва приложении А.

2. Расчета выпрямителя наа активно-индуктивную нагрузку

электрическиха аппаратов

Схемаа выпрямителя (беза потерь напряжения ва фазаха выпрямителя), значение фазныха ЭСа E₂ аи величинаа активного сопротивления R₀а нагрузки сохранились такими же, кака иа ва пункте 1.2. Индуктивное сопротивлениеа нагрузки X_L = m₂pωL₀а наа частотеа m₂pω = m₂p2πf₁ апульсаций основнойа гармоники ва n = 3а разаа больше величины сопротивления R₀.

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 k_П(1)а на нагрузке, среднее I_ср.vа и эффективное I_эфф.vа значения прямого токаа вентиля, действующее значение I₂ тока i₂ авентильной обмоткиа преобразовательного трансформатора.

3. Для значений фазового гла (-π/2≤ωt≤π/2)а вычислить (для девяти значений ωt) вынужденную иа свободную составляющие токаа и полныйа тока i₀, аа также мгновенноеа значение напряжения u₀ анаа нагрузке R₀.

4. Вычертить (соблюдая масштаб, принятый ва задании №1)а кривые мгновенныха значений фазныха ЭСа e₂, выпрямленного напряжения аu₀ (отметить ровень U₀), токова i₀, i_0,в, i_0,св (отметить ровень I₀), тока i₂ вентильной обмотки (отметить ровень I₂).

VD2ид

VD3ид

VD4ид

e2

VD1ид

i0

U0/

R0

L0

~

Рисунок 2.1 - Эквивалентная схемаа однофазного мостового

выпрямителя приа активно-индуктивной нагрузке

Расчета качественныха показателей выпрямителя

Вычисляема индуктивноеа сопротивление нагрузки X_L, которое ава n=3 аразаа больше величины сопротивления R₀, по формуле:

L₀ = , (2.1)

где ω - круговая частота, ω =а 2πf₁, 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 e_Lа индуктивности L₀а заа периода равно нулю, то среднее значение напряжения наа выходе фильтраа и нагрузке практическиа одинаковы, т.е. U₀ = U₀^/ = 60 В.

По законуа Омаа вычислима значениеа токаа I₀ :

I₀ = а= 30 А.

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

k_П(1) = (2.3)

k_П(1) = а= 0,211.

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

I_ср.v = ,

I_ср.v = 30 / 12 = 15 А.

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

I_эфф.v = k_ф.v I_ср.vа ,

где k_ф.v =

I_эфф.v =

Вычисляема действующееа значение токаа I₂а вентильной обмоткиа преобразовательного трансформатораа по формуле [1,22]:

I₂ = I₀ , (2.4)

I₂ = 30 = 42,43 А.

Вычисляема вынужденнуюа i_0,ва иа свободную i_0,сва составляющие и полныйа тока i₀а для значенийа углаа -π/2≤ω≤π/2а по формуле [1,20]:

i₀ = i_0,в + i_0,св =, (2.5)

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

φ = - arctg(- arctg(6,3⁰.

Результаты вычисленийа заносима ва таблицу 1.

Таблица 1 - Результаты авычислений

ωt	-π/2	-π/3	-π/6	0	π/6	π/3	π/2
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 u₀а определяема по закону Ома, т.е. u₀ = i₀R₀.

Графики зависимостейа e₂(wt), u₀(wt), U₀, i₂(wt), i_0,в(wt), i_0,св(wt), i₀(wt), приведены ва приложении Б.

3.    Особенностиа работы и расчета выпрямителя наа емкостной

накопитель энергии

Схемаа выпрямителя, среднее значениеа выпрямленного напряжения U₀а и токаа 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 +pR_ДVа (R_ТР - омическое сопротивлениеа обмотока трансформатора, R_ДV - динамическое сопротивлениеа вентиля), величинаа которыха ва k а= 15а раза меньшеа сопротивления R₀а на нагрузке. Коэффициента пульсацииа k_П(1)а наа нагрузке и частотаа питающей сети f₁а 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 токаа I₂а вентильной обмоткиа трансформатора;а емкость конденсатораа C₀, среднееа I_ср.vа и эффективное I_эфф.vа значения прямого токаа вентиля.

3. Вычертить (соблюдая масштаб, принятый ва задании №1)а кривые мгновенныха значений фазныха ЭСа e₂ (отметить ровень U₀ и значение двойного угла 2θа отсечки), тока i₂ вентильной обмотки (отметить ровень I₂)а и прямого токаа i_пр.vа вентиля (отметить ровень I_эфф.v и I_ср.v).

i0

U0

R0

VD2ид

VD3ид

VD4ид

e2

VD1ид

С0

~

Rп

Рисунок 3.1 - Эквивалентная схемаа однофазного мостового

выпрямителя при активно-емкостной нагрузке

Расчета качественныха показателей выпрямителя

При расчете принимаема коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения ааk_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/k - сопротивление потерь.

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 токаа 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 конденсатораа C₀ апо формуле:

C₀ = мк), (3.4)

C₀ = = 6184,83а мк

Эффективный тока вентиля определяема по формуле:

I_эфф.v = k_ф.vI_ср.v = D(θ) I_ср.v, (3.5)

I_эфф.v = 2,4515 = 36,75 А.

Графики зависимостейа e₂(wt), u₀(wt), U₀, i₂(wt), i_пр.v(wt), I_эфф.v, I_ср.v априведены ва приложении В.

4. Расчета выпрямителя c четома явления коммутации

Схема выпрямителя, активно-индуктивная нагрузка, значение фазнойа ЭСа E₂, величинаа токаа I₀а нагрузки, частотаа сети f₁а остались такими же, кака ва пункте 2.1, но преобразовательный трансформатора имеета индуктивность рассеивания L_S, заа счета которой выпрямленноеа напряжение U_0γа снижается наа 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 токаа I_2γ, вентильной обмотки трансформатора, среднееа I_пр.vа и эффективноеа I_эфф.vа значения прямого токаа вентиля.

3. Вычертить (соблюдая масштаб, принятый ва задании №1)а кривые мгновенныха значений фазныха ЭСа e₂, напряжения u_0γа наа выходе вентильного устройства (отметить ровень U_0γ иа угол γ), тока i₂ вентильной обмотки (отметить ровень I_2γ, значение гла γ, иа угола проводимости вентиля).

~

i0

U0/

R0

L0

VD2ид

VD3ид

VD4ид

e2 Ls

VD1ид

Рисунок 4.1 - Эквивалентная схемаа однофазного мостового

выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке

Расчета качественныха показателей выпрямителя

Вычислима угола коммутации выпрямителя [1,26]:

аγ = arcos(1-2ωL_sI₀/E_2m.лин), (4.1)

где E_2m.лин - амплитудаа 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 равнением [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(1-5/100) = 57

Вычисляема действующее значение токаа вентильной обмотки трансформатора аI_2γа по формуле [1,28]:

I_2γ = (4.5)

где

а= 0,988 - определяема по таблице [1,28].

I_2γ = 42,430,988 = 41,92 А.

Вычисляема среднее значение прямого токаа I_прγа вентиля:

I_прγ = (4.6)

I_прγ = а= 14,25 А.

Вычисляема эффективное значение токаа I_эфф.v:

I_эфф.v = (4.7)

I_эфф.v = а= 29,64 А.

Графики зависимостейа e₂(wt), u_0γ(wt), U_0γ, i₂(wt), I_2γа приведены ва приложении Г.

5. Расчета правляемого выпрямителя ва режиме

стабилизации аавыходного напряжения

Управляемые выпрямителиа применяются для регулирования и изменения электрическиха режимова ва промышленныха электроприемникаха питающихся ота постоянного тока. Например, исполнительный двигатель электроприводаа постоянного тока, то путема изменения средневыпрямленного напряжения регулируется частотаа 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

а СУ

Рисунок 5.1 - Структурная схемаа правляемого выпрямителя

Ва схемеа выпрямителя (см. рис.2.1)а диоды заменены наа тиристоры и введена нулевой диод (для лучшения свойства правляемого выпрямителя). Путема изменения глаа αа включения тиристорова выходноеа напряжение правляемого выпрямителя должно поддерживаться неизменныма наа ровне 0,7U₀а при колебанияха фазной ЭСа e₂а 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 коэффициентаа k_П(1)а пульсаций наа выходеа тиристорной группы.

3. Построить регулировочную характеристику выпрямителя.

VD0ид

i0α

U*0α

R0

L0

i2

VS4ид

VS3ид

VS2ид

e2

VS1ид

ЦUупр

Uос

СУ

~

4. Вычертить (соблюдая масштаб, принятый ва задании №1)а кривые мгновенныха значенийа фазныха ЭСа e₂а и напряжения U^/_0αа наа выходе тиристорнойа группы при минимальнома E_2min аи максимальнома E_2maxа значенияха фазнойа ЭДС (отметить ровень 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 = arcsin(-0,721+1)+π/2 = -23,58 + 90 = 66,42а эл. град.

Определима minа гола включения тиристоров. Така кака при α_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/2 = -60,07 + 90 = 29,93а эл. град.

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

α_max = arcsin(-0,721/1,1+1)+π/2 = -15,83 + 90 = 74,17а эл. град.

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

k_П(1) = , (5.3)

где α = α_max - соответствующий максимальнойа пульсации выходного

напряжения;

а= 1,892

Определим коэффициент пульсаций наа 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

трансформатораа 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 e₂(wt), u_0α(wt)а при минимальнома E_2min аи максимальнома E_2maxа значенияха фазной ЭДС, приведены ва приложении Д.

Регулировочная характеристикаа правляемого выпрямителя.

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

U0, В

α, эл. гр.

Рисунок 5.3 - Регулировочная характеристикаа однофазного УВ.

Принципа работы стабилизатораа напряжения ва автоматическома режиме

Автоматическая стабилизация напряжения наа заданнома уровне обеспечивается заа счета введения ва Ва контураа отрицательнойа обратной связи. Сигнала обратной связи поступаета са датчикаа напряжения ДН, с постоянныма передаточныма коэффициентома k_gн, 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 наа вентильнойа обмотке ота U_{2 min} = ξ_ПE_2нома до аU_{2 max} = ξ_mE_2ном выходное напряжение должно поддерживаться наа ровнеа 0,7U₀.

Входное аустройство СУ формируета сигнала рассогласования g = U_ос - U_α = k_gнU_0α ЦU_α. Этота сигнала поступаета наа преобразующееа устройство, где подвергается интегрированию. Выходной сигнала преобразующего стройстваа аобладаета способностьюа накапливать сигнала рассогласования. Сигнала β(t)а поступаета наа входа системы импульсно-фазового правления, которая входита ва состава СУ, ва результате чего СИУа измеряета гола задержкиа включения тиристорова такима образом, чтобы сигнала рассогласования g(t)а уменьшался. Процесса регулирования завершается когдаа g(t)а достигаета нулевого значения, при этома правляющийа сигнала β(t) остается постоянным.

6. Определение энергетическиха показателейа выпрямителя при различныха характераха нагрузки

Требуется:

1. Выбрать типа диода и тиристораа 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 P_пот.vа ва вентиляха заа счета прохождения прямого токаа и коэффициента использования аK_2,T авентильнойа обмотки трансформатора. Пояснить, какое влияние наа величины аP_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 токаа ДПТ. Рассчитать коэффициента полезного действия такого выпрямителя.

Выбора диодова иа тиристоров

Диоды и тиристоры выбираются по допустимомуа прямому токаа 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 выбораа диодов, ва которыха I_ср.v = 15 Аа 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 типаа ВК2-25 (Д212-25-200). Параметры выбранного диодаа приведены ва таблице 2 [1,103].

Таблица 2 - Основные параметры силового вентиля ВК2-25

Среднее значениеа номинального токаа Iном, А	Номинальное напряжениеа Uном, В	Прямоеа падение напряжения ∆U, Ва	Обратныйа тока при Umax, мА	Значение интеграла 2са при Tp-n=1400Cа t=10 мс
25	200	0,5	5	2320

Аналогично вычисляема значения ааI_ср.vs / K_I ааи аU_max.vs / K_Uа адля аавыбораа тиристоров, аава акоторыха аI_ср.vs = 0,7I_ср.v = 10,5 А а(така кака U^*_0α = 0,7U₀) аи аU_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 = 103,62/0,75 =а 138,16 В.

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

Таблица 3 - Основные апараметры тиристораа T-25

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

аR_gv = ∆U / I, (6.2)

где I - среднее значениеа прямого токаа вентиля, А.

R_gv = 0,5 /25 = 0,02 Ома для диода

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

Определима мощность потерь P_пот.vа ва вентиляха заа счета прохождение прямого токаа для каждого видаа нагрузки по формуле [1,16].

P_пот.v = (U_пор.vI_ср.v + I²_эфф.v R_gv)n, (6.3)

где n - число диодов, n = 4 - мостовая однофазная схема.

а P_пот.v = 4(0,515+(23,55)²0,02) = 74,37 Вт - активная нагрузка,

а P_пот.v = 4(0,515+(15)²0,02) = 48 Вт - активно-индуктивная нагрузка,

а P_пот.v = 4(0,515+(36,75)²0,02) = 138,05 Вт - активно-емкостная нагрузка.

Определима коэффициента использования аK_2,T авентильнойа обмотки трансформатораа для каждого видаа 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 схемаа 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 = 1,11аа= 1,1167 = 74,37 В.

Определима значения КДа для каждого видаа нагрузки по формуле

η = (6.6)

где P_{пот.тр-ра} - мощность потерь ва трансформаторе, Вт,

P_{пот.тр-ра} = m₂I₂²R_тр, (6.7)

гдеа R_тр - сопротивление обмотока трансформатора, Ом,

R_тр = R_п - p R_gv, (6.8)

η = а= 0,91а - активная нагрузка,

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

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

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

Определима типовуюа мощность трансформатораа 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),

аI₂ = 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 типаа ОСВМ-4,0-ОМ5 а[2] са номинальнойа мощностью S_н = 4,0 кВА, номинальным напряжениема на первичной обмотке U_ВН = 220 В и напряжением на 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 наа емкость C₀ = 6185 мк, то соединяема параллельно четыре конденсатора К-50-24-6В-1мк-В иа конденсатор К-50-24-6В-2200мк-В ва конденсаторную батарею [3].

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

P_ном = (6.12)

где η - коэффициента полезного действия двигателя,

Выбираема двигатель [4] постоянного токаа ПБМ-13МО4а основныеа параметры которого P_ном = 2,36 кВт, U_н = 110 В, I_н = 25,4 А, η = 80%, n_н = 1500 об/м.

Проверима выбора мощности:

P_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 u₀(t), e₂(t), i_пр.v(t)а u_обр.v(t)а при различныха нагрузкаха са пояснениема иха формы иа са оценкой степениа приближения к расчетныма графикам.

Моделирование выпрямителя при работе наа активную нагрузку

Моделирование выпрямителя при работе наа активно-индуктивную нагрузку

Моделирование выпрямителя при работе наа активно-емкостную нагрузку

8. Разработкаа принципиальной схемы правляемого выпрямителя адля электроприводаа постоянного тока

Принципиальная схемаа приведенаа наа рисунке 8.1.

Состава иа описание принципиальной схемы.

Устройство предназначено адля преобразования электрической энергииа переменного токаа ва энергию постоянного токаа 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 токаа и напряжения наа выходе стройстваа RS;

Ø органы контроля и правления стройствома SB;

Ø блока системы правления выпрямителема U;

Ø блока источникаа питания системы управления G;

Ø входные иа выходные зажимы силовыха цепей.

Напряжение питания выпрямителя U = 220 В, f = 50 Гц, череза входные клеммы подается наа автоматический выключатель QF1, предназначенный для обесточивания преобразователя при наладке, осмотрах. При включенииа напряжение подается наа преобразующий трансформатор. Приа включении автоматического выключателя QF2, становленного для защиты ота токова короткого замыкания и тепловой защиты ота длительныха перегрузок, напряжение череза предохранители подается наа силовые контакты магнитного пускателя. Магнитныйа пускатель предназначена для автоматического дистанционного включения и отключения непосредственно преобразователя. Приа включении контактораа иа подаваемыха правляющиха импульсова наа силовые

Рисунок 8.1 - Принципиальная электрическая схема однофазного правляемого выпрямителя

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

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

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

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

Ва состава однофазного тиристорного преобразователя входята тиринсторы VS1, VS2, VS3а и аVS4, трансформатора TVа и системаа импульсно-фанзового правления СИФУ. СФу вырабатываета импульсы правления тиристорамиа са заданной фазойа по отношению к напряжению сети.

а

Приложение А

Графики зависимостей e₂(wt), аu₀(wt), аi₂(wt), аi_VD1(wt).

u0, В

U0

ωt

e2, В

ωt

ivd1, ivd4, А

Iэфф.v

Iср.v

ωt

Uобр.vd1, В

ωt

i2, А

ωt

а

а

Приложение Б

Графики зависимостейа e₂(wt), u₀(wt), U₀(wt), i₀(wt), i_0,в(wt), i_0,св(wt), i₂(wt), I₀(wt).

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 e₂(wt), U₀(wt), 2θ, i_пр.v(wt), I_эфф.v(wt),, I_ср.v(wt), i₂(wt), I₂(wt).

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 e₂(wt), u_0,γ(wt), (отметить U_0,γ и γ) i_vd2(wt), i_vd1(wt),I_2,γ(wt).

e2, В

ωt

γ = 36,87

u0γ, В

U0γ

ωt

ivd1, ivd4, А

ωt

ivd2, ivd3, А

ωt

Приложение Д

Графикиа зависимостей e₂(wt), u^*_0,α(wt), (отметить 0,7U₀, 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 (ссылка более недоступна/reference.elp.ru/1/4/1/_elektrodvigateli_4PBM132