расчёт режимов работы выпремителя

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был проведен расчет энергетических и эксплуатационных параметров силовых выпрямителей на основе полупроводниковых преобразователей. При написании работы был изучен и глубоко проработан теоритический материал по режимам работы управляемых выпрямителей, выбор силовых вентилей и расчет их характеристик для заданного режима работы.

...

Содержание

Введение 4
Техническое задание 5
1. Фазоуправляемые выпрямители. Структурная схема системы фазового управления 6
2. Расчет номинального рабочего режима выпрямителя 10
3. Построение временных диаграмм работы выпрямителя и графическое определение величины пульсаций выпрямленного напряжения при α 0 14
4. Расчет и построение регулировочной и внешних характеристик выпрямителя для режима номинальной нагрузки 15
5. Расчет коэффициентов преобразования выпрямителя 17
6. Расчет гармонического состава и коэффициентов искажения синусоидальности фазных токов и напряжений выпрямителя для номинального режима при α 0 19
7. Расчет баланса мощностей выпрямителя при α 0 22
8. Выбор вентилей выпрямителя и расчет их теплового режима 23
9. Расчет силового фильтра 25
Заключение 26
Список литературы 27

ВВЕДЕНИЕ

Полупроводниковые выпрямительные устройства широко используются в различных отраслях промышленности, на ЖД водном и воздушном транспорте. Также выпрямители применяются для питания процессов электролиза в цветной металлургии и химической про-мышленности; для питания системы электропривода постоянного тока различного назначения и мощности; для возбуждения крупных электрических генераторов; для тяговых , подстанций и, магистральных электровозов переменного тока и-для удовлетворения многих других потребностей народного хозяйства.
В данном курсовом проекте ставится цель изучить комплекс основных задач, возникающих при разработке мощных выпрямителей на полупроводниковых вентилях, и разработать выпрямитель, отвечающий требованиям ТЗ. При выполнении курсового проекта, также происходит з акрепление знаний, полученных на учебных занятиях по следующим темам: расчет рабочих режимов выпрямителя, расчет и выбор типа силовых вентелей и характеристик их режима эксплуатации, расчет токов и напряжений питающей сети и т.д.

К тому же, коэффициент использования мощности источника уменьшается при увеличении угла включения тиристора. В целом искажение формы переменного тока, коэффициент использования мощности и другие факторы определяют качество выпрямителя. Они рассчитываются исходя из определенных параметров, заданных для источника входного напряжения и параметров нагрузки.Наиболее распространенным способом регулирования углов включения тиристорами является вертикальное управление. Принцип вертикального управления заключается в сравнении синхронизирующего напряжения пилообразной формы с управляющим напряжением. Синхронизирующее напряжение формируется синхронно и синфазно с сетевым напряжением выпрямителя. В результате точка сравнения синхронизирующего Uс и управляющего Uу сигналов определяет соответствующее значение угла управления тиристором.Канал управления плечом трехфазного мостового выпрямителя показан на рисунок 1. На рисунке обозначены: ГПН – генератор пилообразного напряжения; К – компаратор; ФИ – формирователь импульса; У - усилитель. Рисунок 1. Блок-схема фазового управления вентилями фазы А выпрямителяАналогичные каналы управления имеются в фазах В и С.Надежность тиристоров в значительной степени зависит и от правильности выбора режима работы цепи управления. Как правило, значения амплитуды и длительности сигнала управления ограничиваются сверху и снизу рядом требований. Надежное отпирание тиристоров, независимо от разброса параметров управления, можно осуществить в том случае, если ток и напряжение управления будут выше некоторых минимально допустимых значений IУ.min и UУ.min. С другой стороны, ток и напряжение управления не должны превышать пре-дельно допустимых значений IУ.max и UУ.max. При этом мощность, выделяемая на промежутке «управляющий электрод– катод», ограничивается максимально допустимым значением РУ.max. Вместе с тем тиристор не должен включаться сигналом помех.2. Расчет номинального рабочего режима выпрямителяРасчетная схема выпрямителя приведена на рисунке 2.Рисунок 2. Расчетная схема выпрямителяВысокая надежность электронной аппаратуры на полупроводниковых приборах, в частности на тиристорах, обеспечивается при выполнении ряда требований. Основными из них являются ограничение температуры кристалла за счет снижения температуры корпуса путем улучшения условий охлаждения, а также снижение рабочих напряжений и токов. Рабочие напряжения и токи преобразователя должны быть на уровне 0,7…0,8 от предельных (максимальных) значений, допустимых для выбранных тиристоров[3].Предлагаемая к применению современная номенклатура тиристоров отечественного и зарубежного производства содержит, по меньшей мере, около десятка типов приборов, удовлетворяющих полученным условиям(25), (27).Эти тиристоры, обладающие примерно одинаковыми предельно допустимыми параметрами, отличаются корпусами и, кроме этого, подразделяются на обычные и оптотиристоры.Рисунок 3. Эпюры токов и напряжений трехфазного мостового выпрямителя, работающего с углом управления тиристором αДля определения параметров рабочего режима выпрямителя целе-сообразно воспользоваться итерационными методами расчета. Примем в качестве первого приближения γ1 = 0 и определим величину выпрямленного напряжения.Расчёт номинального рабочего режима α = 0Принимаем γ1 = 0 , тогда;.Дальнейшие вычисления сведём в таблицу 1:Таблица 1Итерацияγ, град.Ud, о.е.Id, о.е.125,561332,340,995745224,8812,2190340,94427324,914592,2249360,946781Погрешность между 2 и 3 итерацией равна 0,1%, что меньше 5%, принимаем γ = 24.92° или γ = 0,435 рад.Далее проведем расчет энергетических характеристик выпрямителя.Определим значение действующего фазного тока, которым питается выпрямитель:;Коэффициент преобразования схемы выпрямления по току:;Коэффициент преобразования мостового выпрямителя по напряжению:;Коэффициент использования мощности питающего трансформатора:.Повторим вычисления для углов управления, не равных 00,расчет для них будет аналогичен приведенному. Результаты расчета сведем в таблице № 2.Методом итераций рассчитаем длительность процесса коммутации γ при углах управления α = 0,20,40,60,80 град., величину выпрямленного напряжения и ток нагрузки с минимальной погрешностью вычисления.Таблица 2α, град.Итерацияγ, град.Ud, о.е.Id, о.е.y,градIД, о.е.КIКUКP0º125,56132,340,9957424,914590,741790,78340,43000,9465224,8812,219030,94427324,91452,224930,9467820°112,00672,192510,9329812,204960,759800,79830,43820,9337212,20882,237330,95205312,2052,236470,9516940°16,268271,787410,760607,1370480,701980,804221,08290,8501927,1438532,0533330,87375937,1370482,0512510,87287360°13,179361,7481830,743914,7244940,599580,807000,619510,7211924,730261,7460050,7429834,724491,7460150,7429880°10,985031,369120,582613,3122130,470490,80865,007800,5636523,316511,367340,5818533,312211,367350,581853. Построение временных диаграмм работы выпрямителя и графическое определение величины пульсаций выпрямленного напряжения при α = 0-129540132143500Построим временные графики напряжения в нагрузке выпрямителя по расчетному значению γ и параметрам напряжения питающей сетиВеличина пульсации определяется как: Рисунок 4 - Временные диаграммы работы схемы выпрямления в нормальном режиме4. Расчет и построение регулировочной и внешних характеристик выпрямителя для режима номинальной нагрузкиСпособ расчета режимов работы выпрямителя, представленный выше, предлагает возможность построения регулировочной характеристики по формуле:Для этого необходимо выбрать ряд значений углов управления , и для каждого значения повторить расчет заданного режима. По полученным данным строится график зависимости α от UdТаблица 3α020406080Ud2,342,23652,05131,74601,3673Рисунок 5. Регулировочная характеристикаХарактеристики Ud = f(Id) при = const можно построить по формулам: Таблица 4 – Результаты расчетаα, град.Id, о.е.Ud, о.е.002,345,081,742002,205,081,6024001,7845,081,2516001,1655,080,677Рисунок 6. Регулировочная характеристика5. Расчет коэффициентов преобразования выпрямителяПостроим график зависимости КU, КI, Кр = f() по значениям полученным выше. Определим коэффициенты КU, КI, Кис по формулам:;;Таблица 5 – Расчетные данныеαКIКUКР00,7830,4460,954200,7980,4760,877400,8040,5880,705600,8070,9170,451800,8092,9280,141Рисунок 7. Графические зависимости КU, КI, Кр = f(α)Сдвиг фазы первой гармоники фазного тока в зависимости от ЭДС можно рассчитать по формуле φ1 = α + α /2 . Устанавливая значения α и используя данные из предыдущих расчетов определим зависимость cos = f().Таблица 6 – Расчетные данныеα, град.020406080γ, град.24,914612,20507,13704,72453,3122cosφ10,97650,89800,72460,46400,1452Рисунок 8. Регулировочная характеристика выпрямителя6. Расчет гармонического состава и коэффициентов искажения синусоидальности фазных токов и напряжений выпрямителя для номинального режима при α = 0Цель расчетов состоит в определении уровня гармоник напряжения сети, которая является источником питания для выпрямителя. Для расчетов будем использовать данные расчетов полученные выше.Для определения величины искажения кривой напряжения будем использовать спектр трапециевидного тока, потребляемого нагрузкой выпрямителя.