Управляемый выпрямитель. Mathcad - 5 вар ВЫПРЯМИТЕЛЬ. Расчет однофазного управляемого выпрямителя
 Скачать 219.72 Kb.
|
|
РАСЧЕТ ОДНОФАЗНОГО УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ Задание: схема УВ – однофазная с нулевым выводом и диодом (б.) номинальное напряжение на обмотке возбуждения ULMном 110 = сопротивление обмотки возбуждения RLM 20 = диапазон регулирования тока возбуждения β 4 = β ILMном ILMмин = действующее значение напряжения питающей сети 220 = B частота питающей сети f 50 = Гц нестабильность сетевого напряжения – -10% ÷ +Требуется -привести описание работы схемы (с построением временных диаграмм), оценить частоту пульсаций напряжения и тока обмотки возбуждения -рассчитать номинальный и минимальный токи обмотки возбуждения, диапазон изменения угла регулирования СИФУ, требуемое действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, коэффициент трансформации трансформатора -построить расчетные кривые зависимостей от угла регулирования средних значений напряжения на обмотке возбуждения, тока обмотки возбуждения, тока тиристора -выбрать тиристоры. Описание работы устройства Описываемый УВ предназначен для регулирования тока возбуждения двигателя постоянного тока и, следовательно, для регулирования частоты его вращения вверх от номинальной На рис. 1 приведена упрощенная схема электрическая принципиальная однофазного однополупериодного УВ с нулевым выводом и нулевым диодом На схеме приведены Т – силовой трансформатор, VS1,2 – тиристоры, СИФУ – система импульсно-фазового управления и LM1 – обмотка возбуждения. VD1-диод. Точками на обмотках трансформатора показаны их одноименные выводы (начало или конец Рисунок 1 Схема УВ Трансформатор Т служит для получения требуемого действующего значения переменного напряжения на вторичной обмотке, определяющего максимальное значение напряжения на обмотке возбуждения LM1, а также для гальванической развязки между сетью и нагрузкой. Тиристоры VS1,2 и диод VD1 служат для выпрямления и регулирования среднего (за период) значения выпрямленного напряжения на обмотке возбуждения LM1. СИФУ управляет работой тиристоров. На первичную обмотку трансформатора Т подается переменное сетевое напряжение u 1 , изменяющееся по синусоидальному закону Тиристоры VS1,2 работают в ключевом режиме. Они открываются при прямом (положительном относительно катода) напряжении на аноде в момент подачи управляющего импульса, сформированного СИФУ. Управляющий импульс имеет прямоугольную форму и сдвинут относительно начала положительной полуволны напряжения на угол регулирования α, величина которого определяется входным напряжением СИФУ. Амплитуда и длительность управляющего импульса выбираются из условий надежного отпирания тиристора Электромагнитное поле индуктивности обмотки возбуждения является аккумулятором электромагнитной энергии. При подаче на обмотку возбуждения положительного импульса напряжения в электромагнитном поле ее индуктивности будет запасаться энергия, а ток через обмотку возбуждения будет плавно возрастать. По окончании импульса энергия, запасенная в электромагнитном поле, будет отдаваться, а ток при этом будет уменьшаться, не изменяя своего направления. В обоих случаях на индуктивности будет наводиться э.д.с. самоиндукции, препятствующая изменению тока Работа схемы в установившемся режиме на отдельных интервалах времени поясняется временными диаграммами, приведенными на рис. 2. На этом рисунке приведены зависимости от ωt мгновенных значений, I1 - напряжение и ток первичной обмотки; -UупрVS1,2 - импульсы СИФУ; -Ud - выпрямленное напряжение на обмотке возбуждения - токи тиристоров - напряжение на тиристоре Рисунок 2 Временные диаграммы Расчет параметров управляемого выпрямителя Номинальный I ном и минимальный I мин средние значения токов обмотки возбуждения находятся как: ILMном ULMном RLM 110 20 = 5.5 = = A ном Максимально возможное значение угла регулирования СИФУ с учетом возможного повышения напряжения питающей сети на 15% определяется по формуле: αмакс acos 2 β 1 − + acos 2 4 1 − + = 2.094 = = эл. рад Максимальный диапазон угла регулирования СИФУ вычисляется по формуле ∆α αмакс 0 − 2.094 = = эл. рад Определим требуемое действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора исходя из величины номинального напряжения на обмотке возбуждения: U2 ULMном 0.45 110 0.45 = 244.444 = = B Коэффициент трансформации трансформатора определим как: КПД примем η 0.98 = коэффициент схемы kс 0.9 = kтр U1 с 0.98 ⋅ 0.9 ⋅ 244.444 = 0.794 = = Кривые зависимостей средних значений напряжения на обмотке возбуждения регулировочная характеристика, тока обмотки возбуждения Id(α), тока тиристора IVSd (α) от угла регулирования α рассчитываются по формулам таблицы 2 из методических указаний/ Таблица 2 Расчеты по формулам проведены при максимальном диапазоне изменения угла регулирования 0 < α < π (π рад. соответствует 180°) с шагом (π/18 рад. Результаты расчетов сведены в таблицу Таблица 3 a эл. Град 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Ud B 110,0 109,2 106,7 102,6 97,1 90,3 82,4 73,6 64,3 54,8 Id A 5,5 5,5 5,3 5,1 4,9 4,5 4,1 3,7 3,2 2,7 IVSd A 2,8 2,6 2,4 2,1 1,9 1,6 1,4 1,1 0,9 0,7 IVDd A 0,0 0,3 0,6 0,9 1,1 1,3 1,4 1,4 1,4 1,4 100 110 120 130 140 150 160 170 180 45,2 35,9 27,2 19,4 12,6 7,2 3,2 0,8 0,0 2,3 1,8 1,4 1,0 0,6 0,4 0,2 0,0 0,0 0,5 0,3 0,2 0,1 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 1,3 1,1 0,9 0,7 0,5 0,3 0,1 0,0 0,0 Максимальные значения Idmax 5.5 = A Udmax 110 = B IVDdmax 1.4 = A По результатам расчетов построены кривые зависимостей, приведенные на рис. 3 ирис. Рисунок Рисунок 4 Расчетное значение максимально допустимого среднего за период (предельного) тока пр ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = = = IпрVS kзi kф ⋅ kохл ⋅ IVSdmax ⋅ 1.3 0.9 ⋅ 2.5 ⋅ 2.8 ⋅ = 8.19 = = A IпрVD kзi kф ⋅ kохл ⋅ IVDdmax ⋅ 1.3 0.9 ⋅ 2.5 ⋅ 1.4 ⋅ = 4.095 = = A з коэффициент запаса потоку ф коэффициент, учитывающий несинусоидальность кривой тока; kохл 2.5 = коэффициент, учитывающий условия охлаждения тиристоров (при стандартном радиаторе, воздушном охлаждении и скорости охлаждающего воздуха V охл = 0); I VSd, IVDd – определяется по максимальным значениям из табл Максимальное значение напряжения на тиристоре (диоде) определяется из выражений, приведенных в табл. 2: UVSmax 0.45 3.14 U2 ⋅ 0.45 3.14 244.444 ⋅ ⋅ = 345.4 = = B UVDmax 0.45 1.17 U2 ⋅ 0.45 1.17 244.444 ⋅ ⋅ = 128.7 = = B Расчетное значение повторяющегося напряжения U пр определяется как: UпрVS kзu с 1.15 ⋅ 345.4 ⋅ = 595.815 = = B UпрVD kзu с 1.15 ⋅ 128.7 ⋅ = 222.007 = = B з коэффициент запаса по напряжению; kс2 коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения сети переменного тока. Тиристор выбирается из условий: Iп > при п > UпрVS IпрVS 8.19 = A пр пр пр 222.007 = B Данным параметрам удовлетворяет тиристор BT152-600R 127 А В и диод типа Д 2 класса током 10 A напряжением 300 В СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ. Бурков АТ. Электроника и преобразовательная техника учебник в 2 т. – М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2015. Промышленная электроника Учебник для вузов. – М Высш. школа, 1982. – 496 с. Усатенко СТ, Каченюк Т.К., Терехова МВ. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. – М Изд. Стандартов, 1989. – 325 с. Замятин В.Я., Кондратьев Б.В., Петухов В.М. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры Справочник. – М Радио и связь, 1987. – 576 с. Тиристоры Справочник / ОП. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев. – М Радио и связь, 1990. – 272 с. Чебовский А.Г., Моисеев Л.Г., Сахаров Ю.В. Силовые полупроводниковые приборы Справочник. М, Энергия, 1975. – 511 с. Диоды Справочник / ОП. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев. – М Радио и связь, 1990. – 336 с |