Задачи по физике ответы. Физика полупроводники. Задача 1 1 Решение 2 Задача 2 5 Решение 5 Задача 3 8 Решение 8 Задача 1
 Скачать 1.74 Mb.
|
|
Содержание Задача № 1 1 Решение 2 Задача № 2 5 Решение 5 Задача № 3 8 Решение 8 Задача № 1По данным выпрямителя (табл. 1) привести схему и определить: параметры диодов и выбрать их, привести их справочные данные; коэффициент трансформации и мощность трансформатора, токи первичной и вторичной обмоток. Таблица 1
РешениеМостовая схема выпрямления  Рисунок 1 – Мостовая схема  Рисунок 2 – Кривые токов и напряжений в мостовой схеме В первом полупериоде ток i1 протекает через вентили 1 и 3, а во втором полупериоде ток i2 протекает через вентили 2 и 4. Формы кривых выпрямленного, фазных и анодных токов зависит от индуктивного сопротивления нагрузки Хd (по заданию Хd = 0). Кривые токов и напряжений при Хd = 0 приведены на осях 2, 3, 4, 5, 6. Для мостовой схемы: Ud = 0,9 × U2, откуда: U2 =  =  = 127,8 B;Коэффициент трансформации трансформатора: КТ =  =  = 1,72;Id =  =  = 57,5 A.Здесь Rd = RH = 2 Ом. Действующие значения токов обмоток трансформатора: I2 = 1,11 × Id = 1,11 × 57,5 = 63,82 А; I1 =  =  = 37,1 А.Мощность первичной и вторичной обмоток, а также типовая мощность трансформатора: S1 = S2 = SТ = 1,23 × Id × Ud = 1,23 × 57,5 × 115 = 8133 ВА = 8,133 кВА. Средний ток вентиля для мостовой схемы: IВср =  =  = 28,75 А.Амплитуда обратного напряжения на вентиле: UВm =  =  = 180,7 В.Вентили выбираются по максимально допустимой величине среднего прямого тока и максимально допустимой амплитуде обратного напряжения. По току берется запас ≈ 30 %, по обратному напряжению для диодов ≈ 50 %. По справочнику [Чебовский О.Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы. Справочник. М. Энергоатомиздат. 1985 г.] выбираем диоды (низкочастотные) типа Д132-80 с охладителем О231-80, допускающие при естественном охлаждении средний прямой ток до 40 А. Класс приборов по напряжению достаточен 3-й (повторяющееся импульсное обратное напряжение до 300 В). Задача № 2Для заданного варианта схемы УВ, вида нагрузки и значения угла управления (табл. 1) рассчитать и построить следующие временные диаграммы: напряжения сети; выходного напряжения выпрямителя; обратного напряжения на тиристоре. Принять: UC = 380/220 B. Привести не менее двух полных периодов. Дано (из табл. 1): Схема: 3фН; Нагрузка: активная; Угол управления: 80°. Решение Рисунок 3 – Трехфазная схема выпрямления с нулевой точкой По условиям задания нагрузка чисто активная, то есть ключ S1 замкнут. В управляемых трехфазных выпрямителях момент времени включения тиристоров определяется углом управления α, (или, что то же самое – углом открытия) отсчет которого производят от точек естественной коммутации (от точек пересечения фазных напряжений). Рассчитаем величины напряжений сети, выходного напряжения выпрямителя, обратного напряжения на тиристоре и построим требуемые временные диаграммы в масштабе. Напряжение сети UC = 380/220 B; фазные напряжения – это синусоиды с амплитудой UФm =  × 220 = 311 В. Средняя величина выходного напряжения выпрямителя Ud определяется углом управления по формуле для режима прерывистых токов: Ud =  =  = 97,7 В.Амплитуда обратного напряжения на вентиле: UВm =  =  = 538 В.На рисунке 4 показаны временные диаграммы напряжения сети uC, выходного напряжения выпрямителя ud, и обратного напряжения uB на тиристоре V1 при заданном угле управления α = 80º. Для режима работы на активную нагрузку кривая тока нагрузки будет повторять по форме кривую выпрямленного напряжения. С изменением угла управления можно выделить две характерные области управления. Первая находится в диапазоне углов управления 0 < α < π/6 и характеризуется режимом непрерывного выпрямленного тока, а вторая начинается при углах α > π/6, причем в кривой выпрямленного тока в этом случае возникают паузы, в течение которых мгновенные значения выпрямленного тока равны нулю. Интервал проводимости тока вентиля становится меньше  .В нашем случае α = 80º → это режим прерывистых токов.  Рисунок 4 – Временные диаграммы Задача № 3Для электропривода постоянного тока (ЭПТ) по параметрам электродвигателя (табл. 1) подобрать схему трехфазного нереверсивного управляемого выпрямителя (УВ) при бестрансфоматорном подключении к сети. Критерием выбора схемы УВ является получение на выходе УВ номинального напряжения электродвигателя (ЭД) при минимальном угле управления. Рассчитать параметры и выбрать элементы УВ (ограничительный реактор, тиристоры, быстродействующие плавкие предохранители, защиту от перенапряжений). Привести полную силовую электрическую схему УВ с ЭД. В соответствии с параметрами выбранных элементов рассчитать и построить регулировочную и внешнюю характеристики ЭПТ. Дано (из табл. 1): Тип двигателя: 2ПН200LУХЛ4; UH ЭД = 440 В; РН = 11 кВт. РешениеДля получения на выходе УВ номинального напряжения электродвигателя при минимальном угле управления выбираем схему 3фН при фазных напряжениях 380 В, то есть подключаем ЭД к сети 660/380 В. Тогда при минимальном угле управления напряжение на ЭД будет: Ud = 1,17 × UФ = 1,17 × 380 = 444,6 В ≈ 440 В. Схема выпрямлении 3фН для электропривода заданного двигателя приведена на рисунке 5. Данные электродвигателя 2ПН200LУХЛ4 с напряжением питания 440 В и мощностью 11 кВт: число оборотов мин/макс: 750/1850 об/мин; КПД: 83,5 %; Сопротивление обмотки якоря при 15 °С: RЯ = 0,565 Ом; Сопротивление обмотки возбуждения при 15 °С: 15,9 Ом; Индуктивность якоря: LЯ = 21,8 мГн. Номинальный ток двигателя: IДВ =  =  = 30 А.Среднее значение тока вентиля в трехфазной нулевой схеме: IВ =  =  = 10 A.C учетом запаса по току 50% выбираем по справочнику Чебовского тиристоры типа Т132-40 с охладителем О231-80. Для этих тиристоров с рекомендованным охладителем допустимое среднее значение прямого тока при естественном охлаждении 19 А. Амплитуда обратного напряжения на вентиле: UВm = =  = 931 В.С учетом запаса по обратному напряжению 70 % нужно, чтобы тиристор выдерживал 931 × 1,7 = 1583 В. Можно два тиристора Т132-40 (у них максимальный класс 12, то есть URRM = 1200 В) включить последовательно, но можно и взять один тиристор Т151-100 с охладителем О151-80. Для этих тиристоров с рекомендованным охладителем допустимое среднее значение прямого тока при естественном охлаждении 30 А. У тиристоров Т151-100 имеется класс по напряжению 16 (URRM = 1600 В). Ударный прямой ток у выбранных тиристоров 2,2 кА.  Рисунок 5 – Силовая электрическая схема УВ с ЭД При разработке силовой схемы предполагаем (в задании ничего не указано), что двигатель с приводимой машиной всегда работает «в натяг», без выбега при регулировании скорости в сторону уменьшения и необходимость в торможении двигателя рекуперацией отсутствует. Поэтому в схеме присутствует только выпрямительная группа вентилей без инверторной группы. В анодные цепи преобразователя включаем токоограничиващие реакторы для ограничения аварийных токов (действующие значения токов КЗ) в пределах ударных токов выбранных тиристоров. Для бестрансформаторного преобразователя это актуально, так как аварийные токи ограничиваются только внутренним сопротивлением источника питания. Предположим, что мощность системы, к которой подключен выпрямитель, равна S = 10000 кВА. Тогда она может выдать ток КЗ: IКЗ =  =  = 8760 А = 8,8 кА.Внутреннее сопротивление системы: ZС =  =  = 0,0432 Ом.Для того, чтобы ток КЗ на стороне переменного напряжения выпрямителя не превышал ударного прямого тока тиристора 2,2 кА, эквивалентное сопротивление должно быть не менее: ZЭ ≥ 1,3 ×  = 0,225 Ом.Здесь 1,3 – ударный коэффициент. Тогда сопротивление токоограничивающего реактора должно быть: ZТР ≥ ZЭ – ZС = 0,225 – 0,0432 = 0,1818 ≈ 0,182 Ом. Индуктивность токоограничивающего реактора: LТР =  =  = 0,58 ×10–3 = 0,58 мГн.Для защиты тиристоров от токов КЗ применяют быстродействующие предохранители серии ПНБ5. Выбор плавкого предохранителя производят по двум параметрам: номинальному току и интегралу Джоуля. Интеграл Джоуля определяет количество энергии, пропущенной через какое – либо устройство при испытаниях на условный ток короткого замыкания. Характеристика эта энергетическая, она позволяет комплексно оценить стойкость устройства при прохождении через него определенного количества энергии. Стойкость предохранителя должна быть с запасом менее стойкости защищаемого устройства, чтобы предохранитель сработал быстрее, чем выйдет из строя защищаемый объект. Для защиты тиристоров от коммутационных перенапряжений применяют RC – цепочки, подключенные параллельно тиристорам. Ток, протекающий через вентиль перед началом коммутации: IВ = = = 10 А.Величина емкости в RC – цепочках определяется по формуле: С ≥  =  = 0,108 мкФ. Принимаем С = 0,16 мкФ.Величина сопротивления в RC – цепочках определяется по формуле: R = 0,06 × UФ × = 0,06 × 380 × = 32 Ом. Принимаем R = 33 Ом.Регулировочная характеристика – это зависимость Ud от угла управления α и определяется в виде: Ud = Ud0 × cosα.  Рисунок 6 – Вид регулировочной характеристики Внешняя характеристика преобразователя – это зависимость Ud от тока нагрузки при неизменном угле регулирования. Очевидно, это будет семейство характеристик по параметру α. Уравнение внешней характеристики преобразователя имеет вид: Ud = Ud0 – n × ΔUВ – RЯ × Id, где n – количество одновременно работающих вентилей; ΔUВ ≈ 1 В – падение напряжения на открытом вентиле.  Рисунок 7 – Вид семейства внешних характеристик | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||