Учебная работа. Проектирование и анализ работы вентильных преобразователей электрической энергии

2.1 Выбор метода подключения к сети характеристик согласующего трансформатора

2.2 Выбор вентилей

2.3 анализ работы ШИР и определение частоты модуляции

2.4 Расчет емкости возмещающего конденсатора

2.5 Построение черт ШИП

3. управление преобразователем
3.1 Многофункциональная схема системы управления
3.2 Разработка принципной электронной схемы

3.3 Описание работы принципной схемы

Заключение

Перечень литературы
приложение
Введение

В электроэнергетике и индустрии употребляют электронную энергию неизменного и переменного токов, имеющие обычные характеристики сети, определяемые отраслевыми эталонами. Почти всегда характеристики обычной сети по частоте, стабильности либо уровню напряжения оказываются непригодными для питания электрических, радиоэлектронных и другого вида нагрузок (одной из которых является вентильный автоматический электропривод). Потому для согласования характеристик первичного источника электроэнергии и ее пользователях возникает необходимость в применении преобразователей электронной энергии. По различным данным, от 40% до 60% всей вырабатываемой электроэнергии преобразуется перед ее внедрением [1], к примеру, изменяют вид и уровень напряжения, создают его стабилизацию и т.п.
Полупроводниковые вентильные преобразовательные устройства являются частью современного автоматического электропривода (ЭП) и находят в нем все наиболее обширное применение. Полупроводниковые вентильные преобразователи электроэнергии используются на транспорте, в электротехнологических установках, на электростанциях. Обширное применение устройств преобразовательной техники обосновано преимуществами полупроводниковых устройств и частей микроэлектроники – малыми габаритами, высочайшим быстродействием, надежностью, экономичностью и широкими способностями преобразования инфы. Современная преобразовательная техника базирована на применении полупроводниковых устройств, к которым относятся: силовые диоды, тиристоры, различного рода силовые транзисторы. Так как вентильные преобразовательные устройства являются частью современного автоматического ЭП, то задачка проектирования и анализа работы вентильных преобразователей электронной энергии является животрепещущей. Целью данного курсового проекта является разработка вентильного преобразователя, что предполагает, в рамках работы над ним, решение последующих задач:
1) Расчет и выбор элементной базы для силовой схемы вентильного преобразователя.
2) Построение регулировочных и наружных черт вентильного преобразователя, дающих приятное части преобразователя 2-ой серии
1.2 Технические требования

1.3 характеристики мотора неизменного тока

Номинальное напряжение Uн – 440 В
Номинальная частота вращения n – 1500 о/мин
К. п. д. – 87 %
Сопротивление цепи якоря ra – 0,137 Ом
Индуктивность цепи якоря Lн – 9 мГн
Сопротивление обмотки возбуждения Rов – 13 Ом
2. Проектирование силовой части преобразователя

2.1 Выбор метода подключения к сети характеристик согласующего трансформатора

Принципно принципиальным, влияющим на массогабаритные и технико-экономические характеристики, является рациональное решение задачки о методе подключения преобразователя к питающей сети. Воспользуемся подключением через согласующий трансформатор.

Для подготовительных расчетов можно принять приведенные к цепи перегрузки индуктивность и активное сопротивление трансформатора в толиках от характеристик перегрузки:

Индуктивность фазы обмотки трансформатора:

, Гн

Активное сопротивление фазы обмотки трансформатора:

, Ом

Мало достаточное напряжение питания ШИР:

Расположено на /

Расположено на /

, В

где ?max=0.95 – наибольшая скважность импульсов;

?U? = 1 – падение напряжения на диодике, В.

характеристики перегрузки соответствуют характеристикам якорной цепи мотора. Тогда номинальное напряжение на перегрузке при номинальном токе определяется последующим уравнением:

(2.1)

где Еdтр – требуемое среднее

n=2 – количество поочередно соединенных диодов;

m=3 – количество фаз;

N=2 – тактность мостовой схемы;

Хт – индуктивное сопротивление фазы обмотки

трансформатора, Ом;

Idн – номинальный ток мотора, А.

Индуктивное сопротивление фазы обмотки трансформатора определяется как:

, Ом

Номинальный ток мотора рассчитывается последующим методом:

, А

Подставляя данные в уравнение (2.1), решим его относительно требуемого среднего значения выпрямленной ЭДС , обеспечивающее номинальный режим работы перегрузки:

В тоже время:

,

где Ed – напряжение на входе ШИР;

Кс = 0.9 – коэффициент учитывающий вероятное понижение напряжения сети;

Ксх=2.34 – коэффициент схемы трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя;

E2ф – ЭДС фазы вторичной обмотки трансформатора, В.

Тогда, из (2.2) ЭДС фазы вторичной обмотки трансформатора E2ф, при условии, что Ed=Edтр, будет равна:

, В

По отысканному значению ЭДС фазы вторичной обмотки трансформатора E2ф определяется коэффициент трансформации:

2.2 Выбор вентилей

Диоды выбираются по напряжению с учетом рассчитанного напряжения питания выпрямителя, вероятного циклического перенапряжения UП и вероятного неповторяющегося (случайного) перенапряжения UНП. Для проектируемой схемы преобразователя напряжение на вентиле, определяющее его класс, находится по последующему соотношению:

, В

где kп=1.25 – коэффициент учитывающий повторяющиеся перенапряжения;

kн=1.5 – коэффициент учитывающий краткосрочные перенапряжения.

Выбор вентилей по току должен осуществляться по наибольшему току перегрузки, проходящему через вентиль:

, А

Для проектируемой схемы преобразователя напряжение на транзисторе, определяющее его класс, находится по последующему соотношению:

, В

Выбор транзистора по току должен осуществляться по наибольшему току перегрузки, проходящему через транзистор:

, А

Из справочника берутся последующие результаты:

Транзистор BUR314[2]

Класс по напряжению Uкэ = 1200 В.

Класс по току Iк = 52 А

Падение напряжения ?Uкэ=2.7

Диоды ВУР 302[2]

Класс по напряжению Uкэ = 1200 В.

Класс по току Iк = 40 А

2.3 анализ работы ШИР и определение частоты модуляции

анализ и расчеты производятся исходя из допущения, что емкость конденсатора выбрана таковой, что процессы в выпрямителе не влияют на работу ШИР.

Для анализа, до этого всего, нужно начертить схему ШИР с конденсатором, присоединенным к шинам питания, и показать на схеме контур с током перегрузки при любом из 2-ух состояний ключей для избранного метода модуляции. Потом, выбрав расчетную скважность ?max > ? > ?min, высчитать секундные значения токов на интервалах.

Напряжение и токи перегрузки строятся в согласовании с уравнениями для однополярной модуляции:

где rн – сопротивление цепи якоря с учетом сопротивления канала вентиля, Ом;

Ea=wn*C*F – ЭДС якорной цепи, В;

– номинальная скорость вращения электродвигателя, рад/сек;

C – конструктивный коэффициент машинки;

F – магнитный поток, Вб;

?=0.5 – скважность импульсов.

Решая (2.3) относительно idH1(t) и idH2(t), получим:

Найдем неизменные интегрирования:

Диаграмма конфигурации тока перегрузки, изображенная на рисунке 2.1, построена в согласовании с расчетами, выполненными в пакете Mathcad [приложение 2].

Набросок 2.1 – Токи перегрузки

Набросок 2.2 – Напряжение на перегрузке

к примеру номинальным значением. Тогда для однополярной модуляции:

, В

Частота модуляции fм, [приложение 2] равна:

2.4 Расчет емкости возмещающего конденсатора

Пульсации тока перегрузки определяются не только лишь электромагнитными действиями в цепи перегрузки, да и колебаниями напряжения питания ШИР, которое соответствует напряжению на компенсирующем конденсаторе при его конечной емкости.

Подразумевают, что изменение напряжения на конденсаторе невелико и не влияет на ток заряда. В этом случае ток заряда будет соответствовать току перегрузки на первом интервале (1), т.е.

=

Или беря во внимание, что при ?????? a=b) получим:

Тогда изменение напряжения на конденсаторе за время отрицательного импульса будет:

В итоге интегрирования получим, что емкость конденсатора:

Откуда

Расположено на /

Расположено на /

Емкость при подзарядке конденсатора за счет индуктивности трансформатора определяется по методике расчета фильтра

где ?Ud=23 – амплитуда на выходе неуправляемого выпрямителя, B;

?Uтр – падение напряжения, В.

Тогда емкость конденсатора определяется как:

где mn=6 – эквивалентное число фаз.

Расположено на /

Расположено на /

По результатам 2-ух расчетов выбирается большее работы цепи сброса энергии в режиме торможения мотора и имеет огромную величину. Потому избираем конденсатор:

К50-17[3]

Номинальная емкость Сн=200 мкФ;

Рабочее напряжение Uр=500 В.

2.5 Построение черт ШИП

С конфигурацией тока перегрузки будет изменяться Ud и падение напряжения в ключах ШИР. нрав этого конфигурации определяется наружными чертами:

, В

где Ua – напряжение на якорной цепи, В;

r?b – эквивалентное сопротивление диодика выпрямителя, Ом;

rш?= ?U?/Idн – эквивалентное сопротивление открытого ,модуля ШИР, Ом.

В общем виде:

, В

где

Тогда настоящая регулировочная черта будет зависеть от тока перегрузки

, В

Для однополярной модуляции скважность ? меняется от 0 до 1

Набросок 2.3 – Регулировочная черта

Построим семейство наружных черт для разных значений ?, и тока, протекающего в якорной цепи мотора Iа=Idн. (Набросок 2.4).

, В

Набросок 2.4 – Наружная черта

3. Управление преобразователем

3.1 Многофункциональная схема системы управления

При однополярной модуляции управляющие импульсы с одной из диагоналей, к примеру V2-V3 вполне снимаются, один из ключей иной диагонали (V4) держится повсевременно открытым, а регулирование Ua осуществляется за счет модуляции ключа V1. По мере необходимости поменять полярность напряжения на перегрузке управляющий импульс снимается с диагонали V1-V4, другими словами она запирается, один из ключей иной диагонали (V2) держится повсевременно открытым, а регулирование Ua будет осуществляться за счет модуляции ключа V3.