Пояснительная записка к курсовому проекту (работе) по дисциплине Судовая электроника и силовая преобразовательная техника

• Название: Пояснительная записка к курсовому проекту (работе) по дисциплине Судовая электроника и силовая преобразовательная техника
• Дата: 14.05.2023
• Размер: 341.5 Kb.
• Имя файла: kr_SEiSPT.doc
• Тип: Пояснительная записка; #1128831

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Волжский государственный университет водного транспорта»

(ФГБОУ ВО «ВГУВТ»)
Пермский филиал

Кафедра СВТ и УТ
Специальность:

26.05.07

«Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики»


Пояснительная записка

к курсовому проекту (работе) по дисциплине:

Судовая электроника и силовая преобразовательная техника

Тема проекта (работы):

Расчет управляемого выпрямителя

Выполнил: студент группы зЭСЭиСА(с)-17___________ Данилов А.М.

Шифр: ___________

Оценка за защиту работы_____________

«__»____________201_ года
Преподаватель_________ Кулешов П.В.

Пермь - 2020

Содержание:

1. Задание для курсовой работы.	3
2. Исходные данные.	4
3. Выбор и расчёт схемы выпрямления.	5
4. Расчет регулировочной характеристики.	10
5. Расчет внешних характеристик преобразователя.	12
6. Разработка функциональной схемы управления вентилями.	13
7. Вывод	16
8. Список литературы.	17

Исходные данные (по вариантам).

1. 
   Значение напряжения нагрузки – U_d=460 + 10*N В;
   
2. 
   Значение тока нагрузки – I_d=1000 10*N А;
   
3. 
   Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения –q=3%;
   
4. 
   Коэффициент полезного действия схемы выпрямления –η=94%;
   
5. 
   При выборе схемы выпрямления КПД трансформатора –η=95%;
   
6. 
   Линейное напряжение питающей сети –U_л=380 В.
   

1. Задание на курсовой проект.

1. 
   Выполнить расчёт управляемого выпрямителя. Обосновать выбор силовой схемы. Произвести выбор и расчёт вентилей, а также RC цепей тиристоров. Определить параметры согласующего трансформатора и параметры элементов фильтра. При выборе схемы принять КПД трансформатора =95%
   

2. 
   Рассчитать и построить регулировочную характеристику в абсолютных единицах.
   

3. 
   Рассчитать и построить семейство внешних характеристик при значениях угла управления α=0°, α=30°, α =60° в абсолютных единицах. Расчет внешних характеристик произвести с учётом коммутации вентилей. При этом реактивную составляющую напряжения короткого замыкания трансформатора и питающей сети принять равным 10%. Активной составляющей напряжения короткого замыкании пренебречь.
   

4. 
   Разработать функциональную схему управления вентилями (СИФУ) и привести описание работы силовой части выпрямителя совместно с функциональной схемой системы управления.
   

2. Исходные данные.

7. 
   Значение напряжения нагрузки – U_d=460 В;
   
8. 
   Значение тока нагрузки – I_d=1000 А;
   
9. 
   Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения –q=3%;
   
10. 
    Коэффициент полезного действия схемы выпрямления –η=94%;
    
11. 
    При выборе схемы выпрямления КПД трансформатора –η=95%;
    
12. 
    Линейное напряжение питающей сети –U_л=380 В.
    

3. Выбор и расчёт схемы выпрямления.




3.1. Выбор схемы выпрямления.
Исходя из того, что коэффициент пульсации выпрямленного напряжения q=3 %=0.03, то число фаз выпрямления m примем равным 6.

Выберем трёхфазную мостовую схему выпрямления и сравним заданный КПД и КПД данной схемы. При расчётах будем считать падение напряжение на вентиле в прямом направлении - .
КПД схемы Ларионова:

Мощность нагрузки:



Потери в вентиле:



КПД вентиля:



КПД схемы Ларионова:


Кпд схемы двойного трехфазного выпрямителя с уравнительным реактором:

Мощность нагрузки:



Потери в вентиле:



КПД вентиля:



КПД схемы:


Из двух рассмотренных схем наиболее подходящей является схема Ларионова, так как КПД этой схему ближе к заданному.



Рис.1. Трёхфазная мостовая схема выпрямления (Схема Ларионова).

3.2. Определение параметров согласующего трансформатора.
, где m– число фаз выпрямления.

; m=6;





Значение тока вторичной обмотки трансформатора :



Коэффициент трансформации равен:



Отсюда определяем действующее значение тока в первичных обмотках трансформатора:



Мощность обмоток трансформатора:





3.3. Определение параметров фильтра.
Для выпрямителей большой мощности (более 10 кВт) рекомендуется применять индуктивный фильтр, у которых сопротивление нагрузки имеет небольшое значение.
Коэффициент пульсации схемы Ларионова:

.

Заданный коэффициент пульсации:

.

Коэффициент сглаживания:

.

Сопротивление нагрузки:

.

Индуктивность фильтра:

.

3.4. Расчет и выбор вентилей:
Максимальный средний ток вентиля:



Максимальный ток вентиля:



Максимальное напряжение на вентиле:



Максимальное обратное напряжение на вентиле:



Выбор вентилей осуществляется в соответствии с найденными параметрами.

Средний ток берем в 3 раза больше, так как не предусмотрена система охлаждения вентилей, и при естественном охлаждении воздухом нагрузочная способность вентиля падает примерно в 3 раза (I_vcp=1000А).

Выбираем вентиль – Т253-1000.

Параметры вентиля:

• 
  максимальное напряжение вентиля ;
  
• 
  средний ток через вентиль ;
  
• 
  ток рабочей перегрузки (максимально допустимый ток через вентиль в открытом состоянии за пол периода) ;
  
• 
  критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии ;
  
• 
  тиристор Т253-1000 применяется вместе с охладителем О153-150.
  

3.5. Расчет RC-цепей вентилей.



Находим емкость конденсатора:

, i_c=I_d;



Ток через тиристор при разряде конденсатора:



Сопротивление резистора выбирается исходя из соотношения:



Резистор выбирается с запасом:


Рассчитаем мощность резистора:
Энергия, накопленная в конденсаторе:



Мощность, выделяемая на резисторе:





4. Расчёт регулировочной характеристики.



При активно-индуктивной нагрузке схема может работать в двух режимах: в режиме непрерывного тока и в режиме прерывистого тока.

Прерывистость тока в цепи нагрузки зависит от угла управления α и от соотношения параметров нагрузки R_d и индуктивного фильтра L_d.

При ( ) непрерывный режим тока имеет место при любых соотношениях R_d и L_d.

При увеличении угла управления α непрерывный режим тока сохраняется только при значительном увеличении индуктивности L_d. Для без больших погрешностей можно считать ток нагрузки идеально сглаженным.

Регулировочные характеристики пересекают ось угла регулирования α в точках α = 90° и α = 120° электрических градусов для режимов непрерывного и прерывистого токов соответственно. Режим прерывистого тока начинается при значении угла регулирования α = 60°.

Среднее значение выходного напряжения в режиме непрерывного тока:

;

Среднее значение выходного напряжения в режиме прерывистого тока:



Регулировочные характеристики режимов непрерывного (сплошная линия) и прерывистого (штриховая линия) токов приведены на рисунке.


Рис. 2. Регулировочные характеристики выпрямителя.
5. Расчет внешних характеристик преобразователя.




Рассчитаем и построим семейство внешних характеристик при значениях угла управления α=0°, α=30°, α =60° с учётом коммутации вентилей. При этом реактивную составляющую напряжения короткого замыкания трансформатора и питающей сети примем равным 10%. Активной составляющей напряжения короткого замыкании пренебрегаем.



– падение напряжения на анодной индуктивности ;

Тогда среднее значение на выходе выпрямителя с учетом коммутации



Так как реактивную составляющую напряжения короткого замыкания трансформатора и питающей сети принять равной 10%, то

,

Ом.

Тогда семейство внешних характеристик при α₁=0°, α₂=30°, α₃=60° будут выглядеть следующим образом:



Рис. 3. Внешние характеристики выпрямителя.

Из графика внешних характеристик видно, что с увеличением угла управления значение выходного напряжения уменьшается. Наклон внешних характеристик обусловлен численным значением .

6. Разработка функциональной схемы управления вентилями.
Вентильные преобразователи состоят из силовой части и системы управления. Силовая часть управляемого выпрямителя, выполненная на управляемых вентилях (тиристорах), может работать только при подаче на управляющие электроды в определённые моменты времени импульсов, обеспечивающих включение данных вентилей. Эту функцию выполняет система управления. Она выполняет две основных задачи:

1. 
   Определение моментов времени, в которые должны быть включены те или иные конкретные вентили;
   
2. 
   Формирование управляющих импульсов, т.е. создание управляющих сигналов, передаваемых в нужные моменты времени на управляющие электроды тиристоров.
   

Рис. 4. Функциональная схема системы управления тиристорами.

На рис.4 приведена функциональная схема системы управления тиристорами, где:

1. 
   ТV2 – понижающий трансформатор;
   
2. 
   К1 и К2 – компараторы;
   
3. 
   ГПИ – генератор пилообразного напряжения;
   
4. 
   ФКИ – формирователь коротких импульсов;
   
5. 
   ИУ – импульсный усилитель.
   

С силового трансформатора TV1 снимается значение линейного напряжения (Uac). Полученный сигнал поступает на понижающий трансформатор, который обеспечивает гальваническую развязку системы управления и силовой части выпрямителя, с целью защиты от больших величин напряжения и тока. С помощью компаратора К1 синусоидальное линейное напряжение преобразовывается в прямоугольные импульсы такой же продолжительности. Полученные импульсы с компаратора К1 поступают на генератор пилообразного напряжения ГПН, где сигналы из импульсов заменяются напряжением пилообразной формы. Компаратор К2, при заданном управляющем напряжении U_упр и поступающем пилообразном напряжении, формирует из них сигнал прямоугольной формы, который и определяет угол управления α. Формирователь коротких импульсов ФКИ из полученного прямоугольного импульса создает импульс напряжения значением не менее значения необходимого по продолжительности и величине для открытия тиристора. Результирующий сигнал после импульсного усилителя ИУ поступает на управляющий электрод тиристора.

На рис.5 представлены графики работы системы управления.



Рис. 5. Графическая работа системы управления.

7. Вывод




В соответствие с заданными значениями произвели расчёт и выбор схемы выпрямления. По заданному значению КПД выбрали трёхфазную мостовую схему выпрямления (схему Ларионова).

Произвели выбор вентилей – Т253-1000, который применяется вместе с охладителем О153-150.

Рассчитали RC-цепи вентилей, выбрали конденсатор ёмкостью 2мкф, а также резистор мощностью 3,95 Вт, номиналом 0,33Ом.

Рассчитали параметры согласующего трансформатора с коэффициентом трансформации .

Выбрали индуктивный фильтр, так как он самый подходящий для выпрямителей мощностью более 10 кВт (в нашем случае ). Индуктивность фильтра .

Рассчитали и построили регулировочную характеристику выпрямителя. Изгиб кривой данной характеристики происходит при значении угла регулирования α=60°. Обращается в ноль при α=120°, что характерно для схемы Ларионова.

Рассчитали и построили семейство внешних характеристик при различных значениях угла регулирования. Показали, что с увеличением значение напряжения на выходе выпрямителя снижается.

Разработали функциональную схему управления вентилей на основе СИФУ. Произвели её описание.

8. Список литературы.

1. 
   Чебовский О.Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы. Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1985.
   

2. 
   Мощные полупроводниковые приборы. Тирисоры. Справочник / В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев. – М.: Радио и связь, 1988 г.
   

3. 
   Каталог электронных компонентов. – М.: РТК, 2004 г.