Розрахунок керованого випрямляча та системи імпульсно-фазового керування

Размещено на /

ЗАВДАННЯ

на проектування з дисципліни

«Електроніка та мікросхемотехніка»

Кафедра автоматизації виробничих процесів

Варіант № 34

Тема: “Розрахунок керованого випрямляча та системи імпульсно-фазового керування”

Вихідні дані:

Для випрямляча:

напруга живлення () – 380;

напруга на навантаженні () – 80;

струм на навантаженні () – 30;

глибина регулювання () – 10.

Для СІФУ:

напруга живлення () – 380;

напруга управління () – 0…8.

Для блока живлення:

напруга живлення () – 380;

вихідна напруга () – 12;

струм на навантаженні () – 0,3;

коефіцієнт стабілізації () – 100.

ПИТАННЯ ДЛЯ ПРОРОБКИ

Розрахунок силової частини керованого випрямляча.

Проектування системи імпульсно-фазового керування.

Розрахунок джерела живлення.

Моделювання силової частини керованого випрямляча.

Завдання видане15.10.2004р.

Строк захисту13.12.2004р.

Завдання прийняте до виконання __________________(Наталюткін М.І.)

Керівник __________________(Сус С.П.)

Реферат

Курсова робота присвячена розрахунку елементів керованого випрямляча, системи імпульсно-фазового керування для керованого випрямляча та блока живлення СІФУ.

Курсова робота містить 30 сторінок, 12 ілюстрацій, 1 додаток та 1 креслення (схема керованого випрямляча в зборі).

Зміст

Вступ

1 РОЗРАХУНОК СИЛОВОЇ ЧАСТИНИ КЕРОВАНОГО ВИПРЯМЛЯЧА

1.1 Вибір схеми та розрахунок основних параметрів випрямляча в некерованому режимі

1.2 Розрахунок основних параметрів випрямляча в керованому режимі

1.3 Розрахунок регулювальної характеристики керованого випрямляча

1.4 Розрахунок регулювальної характеристики керованого випрямляча

1.5 Вибір захисту тиристорів від перевантажень за струмом та напругою

2 ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ ІМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО КЕРУВАННЯ

2.1 Розрахунок параметрів пускових імпульсів

2.2 Розрахунок параметрів елементів кола керування тиристорами

2.3 Розрахунок параметрів елементів блокінг-генератора

2.4 Розрахунок елементів генератора пилкоподібної напруги

2.5 Розрахунок вхідного кола генератора пилкоподібної напруги

2.6 Розрахунок елементів блока синхронізації

2.7 Побудова регулювальних характеристик випрямляча

3 РОЗРАХУНОК ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ

3.1 Вибір схеми та розрахунок основних параметрів джерела живлення

3.2 Розрахунок однофазного мостового випрямляча

Висновки

Перелік посилань

Додатки

Додаток А

Вступ

Мета даної курсової роботи – спроектувати керований випрямляч і систему імпульсно-фазового керування для нього.

Випрямляч – пристрій, що перетворює змінний струм у постійний. Він складається з трансформатора, що перетворює напругу ланцюга живлення у необхідну за величиною; вентильного блоку, що перетворює змінну напругу в пульсуючу та фільтра, що згладжує пульсації випрямленої напруги до необхідної для нормальної роботи споживача величини. У даній курсовій роботі розглядається трьохфазний керований випрямляч, побудований з використанням керованих вентилів (тиристорів). В такому випрямлячі використовується трансформатор із двома обмотками. Фільтри, що згладжують, виконані на основі дроселів.

Для керування тиристорами, що використовуються в даному випрямлячі, використовується система імпульсно-фазового керування. Такий спосіб керування потужними тиристорами в даний час вважається найбільш прийнятним. Суть способу полягає у включенні замкнених тиристорів майже позитивними прямокутними імпульсами, що подаються на керуючий електрод тиристора зсунутими за фазою на кут відносно моменту природного включення некерованих вентилів. Таким чином, основним завданням системи імпульсно-фазового керування є перетворення вхідної регулюючої напруги у відповідний кут регулювання (тобто кут відкриття тиристорів). Тому що в даному випрямлячі використовується 6 тиристорів, то для керування ними використовується багатоканальна система імпульсно-фазового керування. При цьому схеми всіх каналів однакові і відрізняються тільки фазами синхронізуючих напруг, що зсунуті за фазою одна відносно одної на 120 градусів, як і у відповідних анодних ланцюгах тиристорів.

Для живлення схеми системи імпульсно-фазового керування використовується релейний стабілізатор напруги.

1 РОЗРАХУНОК СИЛОВОЇ ЧАСТИНИ КЕРОВАНОГО ВИПРЯМЛЯЧА

1.1 Вибір схеми та розрахунок основних параметрів випрямляча в некерованому режимі

Згідно з завданням приймаємо трьохфазну мостову схему випрямляча на шести тиристорах з нульовим діодом.

Рисунок 1.1 – Схема трьохфазного мостового випрямляча
на шести тиристорах з нульовим діодом

Спочатку проводимо розрахунок у некерованому режимі, тобто при У зв’язку з тим, що напруга в мережі може змінюватись у межах визначаємо величини випрямлених напруг на навантаженні:

де – випрямлена напруга на навантаженні при нормальній напрузі в мережі;

– випрямлена напруга на навантаженні при підвищеній напрузі в мережі.

Визначаємо максимальне значення зворотної напруги на тиристорах: середнє значення струму тиристорів

З джерела [1] за обчисленими значеннями обираємо тиристори типу T132-16-13.

Визначаємо активний опір фази трансформатора:

де – коефіцієнт, що залежить від схеми випрямлення;

– магнітна індукція в магнітопроводі;

– частота струму живлячої мережі;

– число стрижнів магнітопроводу для трансформаторів.

Визначаємо індуктивність розсіювання обмоток трансформатора:

де – коефіцієнт, що залежить від схеми випрямляча.

Визначаємо напругу холостого ходу з урахуванням опору фази трансформатора

:

де – спадання напруги на вентилях та обмотках трансформатора,

– спадання напруги на вентилях,

– спадання напруги на обмотках трансформатора.

де – число пульсацій кривої випрямленої напруги за період мережі.

Визначаємо параметри трансформатора з джерела [2]:

діюча напруга на вторинній обмотці трансформатора

діючий струм вторинної обмотки трансформатора

коефіцієнт трансформації

діючий струм первинної обмотки трансформатора

діюче значення струму діода

типова потужність трансформатора

Визначаємо кут комутації:

де – індуктивний опір обмоток трансформатора.

Внутрішній опір випрямляча

Коефіцієнт корисної дії

де – втрати в трансформаторі,

– коефіцієнт корисної дії трансформатора,

– втрати потужності на випрямних діодах,

– число тиристорів у схемі.

Визначаємо струм нульового вентиля:

З джерела [1] за обчисленим значенням обираємо діод типу ВЛ100.

Зовнішня характеристика випрямляча при будується за двома точками: Холостий хід і Номінальне навантаження, має вигляд прямої (рис. 1.2).

Таблиця 1.1

	0	30
	107,3015	80

Рисунок 1.2 – Зовнішня характеристика випрямляча

1.2 Розрахунок основних параметрів випрямляча в керованому режимі

Визначаємо максимальний і мінімальний кути регулювання:

Мінімальна випрямлена напруга на навантаженні

Струм на навантаженні

Визначаємо максимальний і мінімальний кути провідності тиристорів:

Струми через тиристори та в нульовому діоді вже розраховано вище.

1.3 Вибір елементів керованого випрямляча

На підставі попередніх розрахунків знаходимо:

для тиристорів –

для нульового діода –

Тиристори та нульовий діод обираємо із запасом за зворотною напругою

Приймаємо тиристори та діод із припустимою зворотною напругою

Припустимі струми через тиристори та вентиль залежать від кута провідності та швидкості охолоджуючого повітря й не перевищують Тоді необхідно обрати:

тиристори на струм

нульовий діод на струм

За обчисленими значеннями з джерела [1] обираємо для випрямляча шість тиристорів VS1-VS6 типу 2Т132-25-20, нульовий діод VD0 типу ВЛ200. Для охолодження тиристорів та діоду застосовуємо типові охолоджувачі М-6А.

1.4 Розрахунок регулювальної характеристики керованого випрямляча

Загальна розрахункова формула для всього сімейства навантажувальних характеристик:

при

при

Де – напруга холостого ходу;

– спадання напруги на елементах випрямляча;

– струм на навантаженні.

Результати розрахунків зведемо до таблиці 1.2.

Таблиця 1.2

	0˚	30˚	60˚	90˚	101,366˚
	30	25,981	15	4,019	1,573
	6,984	6,343	4,592	2,841	2,451
	100,318	86,583	49,059	11,535	3,174

Рисунок 1.3 – Регулювальна характеристика випрямляча

1.5 Вибір захисту тиристорів від перевантажень за струмом та напругою

Захист повинен задовольняти наступним вимогам:

- забезпечувати максимальну швидкодію;

- здійснювати відключення тільки пошкодженого елемента;

- мати високу чуттєвість.

Для захисту тиристорів від перевантажень використовуємо швидкодіючі плавкі запобіжники.

Струм плавкої вставки

де – коефіцієнт можливого експлуатаційного перевантаження;

– коефіцієнт, що характеризує співвідношення струмів в ідеальному випрямлячі;

– коефіцієнт, що враховує відхилення форми опорного струму вентилів від прямокутної;

– коефіцієнт трансформації трансформатора.

Приймаємо до установки швидкодіючі запобіжники FU1-FU3 типу
ПНБ-5-380-7.

Для забезпечення захисту від комутаційних перевантажень використовуємо на вхідних шинах перетворювача ланцюги.

Визначаємо параметри ланцюгів за наступними співвідношеннями:

де – величина струму холостого ходу вторинної обмотки трансформатора, складає 5% від діючого струму вторинної обмотки трансформатора;

– коефіцієнт запасу від перевантажень на тиристорі,

З джерела [2] за обчисленими значеннями обираємо конденсатори C1-C3 типу СГМ-4-500 В-0.62 мкФ±10%, резистори R1-R3 типу ПЭВ-10-50 Ом±5%.

Для послаблення перевантажень тиристорів у момент комутації використовуємо ланцюги, що вмикаються паралельно тиристорам. Такий ланцюг разом з індуктивністю навантаження утворює послідовний коливальний контур. В ньому конденсатор обмежує комутаційні перевантаження, а резистор обмежує струм розряду цього кондесатора при відмиканні та запобігає коливанням у послідовному контурі.

Параметри ланцюгів визначаємо за наступними співвідношеннями:

Де – індуктивність розсіювання обмоток трансформатора;

– діюча напруга вторинної обмотки трансформатора;

– критична швидкість наростання напруги на тиристорі;

де – динамічний опір відкритого тиристора.

З джерела [2] за обчисленими значеннями обираємо конденсатори C4-C9 типу МБГО-0,0025 мкФ±10% на 127 (В), резистори R4-R9 типу ПЭВ-20-620 Ом±10%.

Рисунок 1.4 – Схема захисту вентильних блоків перетворювача від перевантажень за струмом та напругою

2 ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ ІМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО КЕРУВАННЯ

2.1 Розрахунок параметрів пускових імпульсів

Визначаємо потрібну тривалість імпульсу керування . У попередньому розрахунку був визначений кут комутації вентилів . Тривалість імпульсу керування обираємо з умови . Переведемо тривалість імпульсу в секунди (=56мкс): .

Сигнал подається на тиристор через , тому період повторення імпульсів визначається як

Для тиристора Т151-100-13 струм та напругу керування:

2.2 Розрахунок параметрів елементів