Расчет однофазного тиристорного преобразователя

                              

     1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 

     Цель  курсовой работы - углубление и закрепление  знаний основных свойств управляемых  выпрямителей как преобразователей электрической энергии, а также приобретение навыков исследования электромагнитных процессов с использованием компьютерных моделей. 

     1.1. Содержание курсовой работы 

     При выполнении курсовой работы необходимо решить следующие задачи в соответствии с вариантом задания:

     а) выбрать схему силовой части  выпрямителя;

     б) выбрать тип тиристоров;

     в) рассчитать параметры трансформатора и/или токоограничивающих реакторов;

     г) рассчитать параметры сглаживающего  дросселя (если он необходим);

     д) рассчитать регулировочные и внешние  характеристики;

     е) рассчитать зависимость Cos (для потребляемого от сети тока) от выпрямленного напряжения;

     ж) определить временные диаграммы  напряжения и тока сети, вентилей и  нагрузки;

     з) определить максимальные мгновенные значения напряжения и тока вентилей и скорости нарастания напряжения и тока вентилей;

     и) определить амплитуду помех на зажимах сети и на выводах переменного тока схемы выпрямления;

     к) выбрать типы вспомогательных элементов  для подключения к сети и защиты от перегрузки в аварийных режимах;

     л) составить и нарисовать схему  электрическую принципиальную силовой части выпрямителя. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    ВВЕДЕНИЕ

     Преобразовательные  устройства служат для преобразования переменного напряжения (тока) в  постоянное, постоянного напряжения (тока) в переменное, переменного напряжения(тока) одной частоты в переменное напряжение(ток) другой частоты ,низкого постоянного напряжения и т.д.В преобразовательных устройствах используются средства, осуществляющие фильтрацию  и стабилизацию тока и напряжения. Основными характеристиками преобразовательных устройств являются коэффициент полезного действия, коэффициент мощности и другие энергетические характеристики.

     Главным содержанием курса<Преобразовательная техника>является разработка методов расчёта электрических преобразователей, необходимых для проектирования преобразовательных устройств.

     Методика  расчёта преобразователей малой  мощности несколько отлична от методики расчёта преобразователей большой  мощности, что объясняется специфическими особенностями этих устройств, но электромагнитные процессы в них имеют один и тот же характер. В основу анализа электромагнитных процессов в преобразователях положены методы расчёта линейных и нелинейных электрических цепей.

     Преимущества  полупроводниковых преобразовательных устройств по сравнению с другими преобразователями неоспоримы: они обладают высокими регулировочными характеристиками и энергетическими показателями, имеют малые габариты и массу, просты и надёжны в эксплуатации . Кроме преобразования и регулирования тока и напряжения такие установки обеспечивают бесконтактную коммутацию токов в силовых цепях.

     Благодаря указанным преимуществам полупроводниковые  преобразовательные устройства получают широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.

     В настоящее время силовые полупроводниковые  преобразовательные устройства широко используют в цветной металлургии и химической промышленности, на железнодорожном и городском электротранспорте, для питания контактных сетей горнорудного и других видов промышленного транспорта; в чёрной металлургии, энергетике, станкостроении; в различных отраслях промышленности для электроприводов кранов и экскаваторов, возбуждения электрических машин, зарядки аккумуляторов, питания гальванических ванн; в сварочных аппаратах, агрегатах бесперебойного питания ,устройствах электрометрии; для высоковольтных линий электропередачи постоянного тока, в качестве бесконтактной коммутирующей и регулирующей аппаратуры и т.п.

     Преобразовательная  техника является одним из наиболее эффективных направлений электротехники. Широкое внедрение силовых полупроводниковых устройств в различные отрасли промышленности способствуют дальнейшему техническому процессу.     
 
 

     Основными видами преобразователей электрической  энергии являются:

     а)выпрямители, преобразующие мощность переменного  тока в мощность постоянного тока;

     б)инверторы, преобразующие мощность постоянного тока в мощность переменного тока;

     в)преобразователи  частоты, преобразующие мощность переменного  тока одной частоты в мощность переменного тока другой частоты  ;

     г)импульсные преобразователи постоянного или  переменного тока, преобразующие постоянный или переменный ток одного напряжения в постоянный или переменный ток другого напряжения;

     е) преобразователи формы кривой, преобразующие , например, постоянный или переменный ток в короткие импульсы.

     Следует отметить, что некоторые виды преобразователей применяют в сочетании с другими, например преобразователи частоты и числа фаз ; при этом изменяется ещё и величина напряжения переменного тока .

     В последнее время для анализа  процессов в преобразовательных устройствах всё шире обращаются к ЭВМ, что позволяет производить точный расчёт и оптимизацию схем.

     Совершенствование силовых полупроводниковых приборов и оптимальное сочетание их параметров с режимами преобразователя при его проектировании, использующие эффективные методы исследования преобразователей способствуют разработке преобразовательных устройств с высокими технико-экономическими показателями. 
 
 
 
 
 
 

1.1. Порядок выполнения курсовой работы 

     График  выполнения работы строится исходя из разделения всего объема работ на 5этапов:

     .1. Выбор  типа тиристора. Определить действующее и среднее значения тока тиристора и обратное напряжение.

     .2. Выбрать элементы защиты вентилей (диоды и тиристоры)RC-цепочки, шунтирующие вентили , токоограничивающие реакторы.

     .3.Выбрать  схему преобразователя исходя из технического задания. Диапазон регулирования напряжений (10:1).

     Амплитуда первой гармоники пульсации выпрямленного тока(5% от Id ном).

      4.Выбор  сглаживающего дросселя.

      5.Расчёт  сглаживающего каскада.

      Напряжение  питающей сети 220В,50Гц.

      Среднее значение выпрямленного тока 5А

      Среднее значение выпрямленного напряжения 110В 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2.Техническое задание 

     1.Разработать  силовую часть преобразовательного  устройства для питания якоря и обмотки возбуждения двигателя постоянного тока.

     2.Номинальное напряжение якоря Uном=440В,номинальный ток якоря Id=5А.минимальное напряжение якоря номU=440*0.1=44В

     3.Амплитуда  первой гармоники пульсации тока  якоря Im=0.05,Iном=5*0.05=0.25А.-Амплитуда первой гармоники. Параметры питающей сети однофазного напряжения 220В,50Гц.

     4.Реверс  скорости  отсутствует. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1.3.Выбор схемы выпрямления.

     Разработка  трёхфазного нереверсивного преобразователя для питания якоря.

     При трёхфазном питании возможны различные варианты схем выпрямителей, в частности:

     Схема трехфазного мостового выпрямителя  со средней точкой, схема трехфазного  мостового выпрямителя, схема двойного трехфазного выпрямителя с уравнительным реактором.

     При заданном напряжении питания мостовой схемы выпрямления необходимое напряжение якоря 440В напряжение сети 220В в этом случае целесообразно обойтись без согласующего трансформатора на входе выпрямителя.

     При отсутствии трансформатора мостовая схема выпрямления не обеспечивает необходимого уровня выпрямленного напряжения соответственно можно выбрать однофазные мостовые схемы выпрямления т.к.несимметричная схема выпрямления имеет меньшую стоимость чем симметричные, выбираем несимметричную выпрямления 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 Расчет однофазного тиристорного преобразователя 

    Произведем  расчет однополупериодного реверсивного преобразователя при известных нам данных: U = 115 В;  I_ном = 12 А;

    Нарисуем  схему данного преобразователя  по которой будем производить  расчет она представлена на рисунке 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 2 Схема однофазного тиристорного  преобразователя 

    Cхема содержит тиристоры VS1, VS2 и диоды VD1 и VD2.Диаграммы работы выпрямителя представлены на рисунке.2.1

    Диаграммы даны в предположении , что ундуктивность  цепи якоря велика и ток не имеет пульсации, такое допущении можно считать корректным т. к. задание пульсации тока якоря не велики исходя из этих диаграмм можно получить уравнение регулировочной характеристики.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рис 2.1. Диаграмма работы выпрямителя.

    1) Рассчитаем значение ЭДС при  Е_d = 0:

    U_d0= B

    где  U_m – фазное ЭДС и оно равно U_m= Е₂,

    где Е₂- действующее значение 220 В.

    И тогда u_m= 220=311В. 

    2) Рассчитаем ток первой гармоники

    I_в=I_ном·0,1=25·0,05=1.25 А.

    3) Определим угол отпирания:

    Этот  угол выразим из формулы для среднего значения выпрямленной ЭДС, т.е.

    Е_d=Е_d0

    Выразим отсюда cosα и получим:

    сosα=

    тогда α будет равен:

    α= arccos

    min значение α= arccos

    α= arccos 0,16 или равен углу80⁰

    max значение α= arccos

    α= arccos -0,87 или равен углу150⁰

4) Рассчитаем  ток тиристора и выберем его  тип для схемы

    I_тир=