Xreferat.com » Рефераты по радиоэлектронике » Разработка тиристорного преобразователя

Разработка тиристорного преобразователя

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ


СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


КАФЕДРА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ


КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: Преобразовательная техника

Проектирование тиристорного преобразователя”


Выполнил:

студент группы

ПЭ-932

Башмаков А. В.


Работу принял:

преподаватель

Пономаренко А. И.


СТАВРОПОЛЬ

1997


СОДЕРЖАНИЕ


СТР.


ВВЕДЕНИЕ ...................................... 2

1. Задание .................................... 3

2. Аналитический обзор ........................ 4

  1. Силовая часть преобразователя .......... 4

  2. Системы фазового управления ............ 29

  3. Устройства защиты преобразователя ...... 41

  4. Датчики тока ........................... 47

  5. Разработка электрической принципиальной

схемы преобразователя ...................... 56

  1. Расчет и выбор элементов схемы ............. 59

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................... 67

ЛИТЕРАТУРА .................................... 68


ВВЕДЕНИЕ


Полупроводниковые выпрямительные агрегаты нашли широкое применение в различных областях промышленности, на железнодорожном транспорте, судах самолетах и т. д. Они используются для питания процессов электролиза в цветной металлургии и химической промышленности; для питания системы электропривода двигателей 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.

Производство и распределение электрической энергии в основном осуществляется на переменном токе. В то же время значительная часть электроэнергии потребляется в виде постоянного тока. Это связано с тем, что часть потребителей может работать только на постоянном токе. Другая часть потребителей имеет на постоянном токе лучшие характеристики и параметры.

Для преобразования переменного тока в постоянный в настоящее время почти исключительно применяются полупроводниковые преобразователи электрической энергии - выпрямители.

Значительный прогресс в преобразовательной технике связан с созданием силовых полупроводниковых вентилей. Высокие электрические параметры, малые габариты и масса, простота конструкции и обслуживания, высокая эксплуатационная надежность полупроводниковых вентилей позволяют широко использовать их в схемах преобразования переменного тока в постоянный.

Возможности преобразователей существенно расширяются с разработкой и использованием тиристоров. Тиристроные выпрямители обеспечивают глубокое изменение выходных параметров в любом требуемом диапазоне; обладают высоким быстродействием и точностью автоматического регулирования; позволяют переводить преобразователь в инверторный режим и тем самым обеспечивать рекуперацию электроэнергии в сеть.

Указанные качества тиристорных преобразователей делают их весьма перспективными устройствами для питания систем электроприводов постоянного тока с плавным регулирование частоты варения в широком диапазоне, для возбуждения крупных электрических генераторов и других целей.


1. Задание


Разработать тиристорный преобразователь, обеспечивающий питание обмотки возбуждения двигателя постоянного тока или синхронной машины, мощность, отдаваемая в нагрузку Pд = 5 кВт, номинальное выпрямленное напряжение Udном = 235 В, напряжение питающей сети Uc = 215 В. Индуктивность нагрузки равна Ld = 0.25 Гн. Преобразователь должен обеспечивать минимальные низкочастотные пульсации выпрямленного напряжения, а также содержать защиту от перегрева силовых вентилей.


ЛИТЕРАТУРА


  1. Методические указания к лабораторным работам. Исследование СИФУ интегрирующего типа. По курсу ”преобразовательная техника”. Составитель: А. И. Пономаренко. Рецензент: П. М. Рыбаков.

  2. Методические указания к лабораторным работам. Исследование СИФУ вертикального типа. По курсу “преобразовательная техника”. Составитель: А. И. Пономаренко. Рецензент: П. М. Рыбаков.

  3. Полупроводниковые выпрямители/ Беркович Е. И., Ковалев В. Н., Ковалев Ф. И. И др.; Под ред. Ф. И. Ковалева и Г. П. Мостковой. - 2-е изд., переработ. М.: Энергия, 1978.

  4. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник/ А. В. Баюшков, А. Б. Гитцевич, А. А. Зайцев и др.; Под общ. ред. Н. Н. Горюнова. - 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

  5. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник/ И. В. Новаченко, В. М. Петухов, И. П. Блудов, А. В. Юровский. - М.: КУбК-а, 1996.

  6. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник/М. И. Богданович, И. Н. Грель, С. А. Дубина и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Беларусь, Полымя. 1996.

  7. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника: Учеб. Пособие для приборостроительных специальностей вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1991.

  8. Аналоговые интегральные схемы: Справочник/А. Л. Булычев, В. И. Галкин, В. А. Прохоренко. - 2-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Беларусь, 1994.

  9. Резисторы, конденсаторы, коммутационные устройства РЭА: Справочник/Н. Н. Акимов, Е. П. Ващуков, В. А. Прохоренко, Ю. П. Ходоренок - Мн.: Беларусь, 1994.

  10. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник/К. М. Брежнева, Е. И. Гантман, Т. И. Давыдова, и др. Под ред. Б. Л. Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981.

  11. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник/ В. Я. Замятин, Б. В. Кондратьев, В. М. Петухов. - М.: Радио и связь, 1987.

  12. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник/ О. Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недешовин. - 2 изд. перераб. и доп. - М.: Энергия, 1985.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


В результате проведенных работ спроектирован тиристорный преобразователь, обеспечивающий мощность нагрузки равную 5 кВт, номинальное выпрямленное напряжение Udном = 235 В и минимальные низкочастотные пульсации выпрямленного напряжения. В построенной схеме присутствует защита силовых вентилей от перегрева.


2. Аналитический обзор


2.1 Силовая часть преобразователя


Выпрямитель может быть представлен в виде структурной схемы, показанной на рис. 1. Силовой трансформатор 1 служит для согласования входного и выходного напряжений выпрямителя. Трансформатор одновременно электрически разделяет питающую сеть и сеть нагрузки. Блок вентилей 2 осуществляют функцию выпрямления переменного тока. Сглаживающий фильтр 3 является звеном, уменьшающим пульсации выпрямленного тока в цепи нагрузки 4. В случае управляемого выпрямителя в структуру схемы входит еще блок 5, содержащий систему управления вентилями и систему автоматического регулирования. Для защиты самого выпрямителя от повреждения в аварийных режимах в его схему входит еще система защиты и сигнализации 6.


Рис. 1. Структурная схема выпрямителя


Полупроводниковые выпрямители могут быть классифицированы по следующим основным признакам.

По входной мощности: установки малой (единицы киловатт), средней (десятки киловатт) и большой мощности.

По числу фаз источника питания: выпрямители однофазного тока; выпрямители трехфазного тока.

По возможности регулирования: неуправляемые выпрямители; управляемые выпрямители.

Разделение выпрямителей по мощности имеет значение для выбора схемы выпрямления, типа применяемых вентилей и метода расчета параметров элементов схемы.

Приведем описание и краткую характеристику существующих схем выпрямления переменного тока.


1. Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой трансформатора (рис. 2)


Основная область применения этой схемы установки малой мощности, где требуются минимальные потери напряжения в выпрямительной установке, она не реализуема без среднего отвода трансформатора.


Рис. 2. Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним выводом трансформатора


Работа схемы на чисто активную нагрузку (ключ К замкнут) представлена на временных диаграммах рис. 3


Рис. 3. Временные диаграммы работы однофазного двухполупериодного выпрямителя со средним выводом трансформатора на активную нагрузку

Среднее значение выпрямленного напряжения (регулировочная характеристика) при работе схемы на активную нагрузку:

где

m = 2 - число пульсаций выпрямленного напряжения за период сети,

U2m - амплитудное значение напряжение на вторичной полуобмотке трансформатора.

Среднее значение выпрямленного напряжения при a = 0.

, отсюда

, тогда

.

Следовательно, регулировочная характеристика имеет вид рис. 4


Рис. 4. Регулировочная характеристика при работе однофазного двухполупериодного выпрямителя со средним выводом трансформатора на активную нагрузку


Максимальное обратное напряжение на вентиле в данной схеме составляет

, где

U2ф - действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Максимальное прямое напряжение на вентиле зависит от угла управления a следующим образом:

.

Средний выпрямленный ток, максимальное среднее и действующее значения тока через вентиль соответственно равны:

, , , где

Kf - коэффициент формы тока в вентиле

Мощность первичной обмотки трансформатора равна:

; где

U1ф - действующее значение фазного напряжения первичной обмотки трансформатора,

I - номинальный действующий ток первичной обмотки трансформатора,

- номинальная мощность выпрямленного тока,

- коэффициент трансформации трансформатора.

Мощность двух вторичных обмоток равна:

; где

I2н - номинальный действующий ток вторичной обмотки трансформатора.

Расчетная мощность трансформатора Sт равна:

Работа схемы на активно-индуктивную нагрузку (ключ К разомкнут) приведена на временных диаграммах рис. 5.


Рис. 5. Временные диаграммы работы однофазного двухполупериодного выпрямителя со средним выводом трансформатора на активно-индуктивную нагрузку при индуктивности нагрузки равной бесконечности

Вывод регулировочной характеристики выпрямителя при работе схемы на активно-индуктивную нагрузку (индуктивность нагрузки равна бесконечности):

; где

m = 2 - число пульсаций выпрямленного напряжения за период сети,

U2m - амплитудное значение напряжение на вторичной полуобмотке трансформатора.

Среднее значение выпрямленного напряжения при a = 0.

, отсюда

, тогда

.

Следовательно, регулировочная характеристика имеет вид рис. 6.


Рис. 6. Регулировочная характеристика однофазного двухполупериодного выпрямителя со средним выводом трансформатора при работе на активно-индуктивную нагрузку (индуктивность нагрузки равна бесконечности)


Максимальное обратное напряжение на вентиле в данной схеме составляет

.

Максимальное прямое напряжение на вентиле зависит от угла управления a следующим образом:

.

Средний выпрямленный ток может быть определен как

.

Мощность первичной обмотки трансформатора равна:

; где

I - номинальный действующий ток первичной обмотки трансформатора,

- номинальная мощность выпрямленного тока,

Мощность двух вторичных обмоток равна:

; где

I2н - номинальный действующий ток вторичной обмотки трансформатора.

Расчетная мощность трансформатора Sт равна:

.


  1. Однофазная мостовая схема (рис. 7)


Основная область применения - установки малой мощности, но иногда применяется и в установках большой мощности.


Рис. 7. Однофазная мостовая схема симметричная (а), несимметричная схема 1 (б), несимметричная схема 2 (в)


Работа всех симметричных и несимметричных однофазных мостовых схем приведенных на рис. 7 при активной нагрузке (ключ К замкнут) одинакова и представлена временными диаграммами рис. 8.


Рис. 8. Временные диаграммы работы однофазной мостовой схемы на активную нагрузку


Среднее значение выпрямленного напряжения (регулировочная характеристика) при работе схемы на активную нагрузку:

где

m = 2 - число пульсаций выпрямленного напряжения за период сети,

U2m - амплитудное значение напряжение на вторичной обмотке трансформатора.

Среднее значение выпрямленного напряжения при a = 0.

, отсюда

, тогда

.

Следовательно, регулировочная характеристика имеет вид рис. 9


Рис. 9. Регулировочная характеристика однофазной мостовой схемы при работе на активную нагрузку


Максимальное обратное напряжение на вентиле в данной схеме составляет

, где

U2ф - действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Максимальное прямое напряжение на вентиле зависит от угла управления a следующим образом:

.

Средний выпрямленный ток, максимальные средний и действующий токи через вентиль соответственно равны:

, , .

Расчетная мощность трансформатора Sт равна:

, где

- номинальная активная мощность выпрямленного тока,

I2н - номинальный действующий ток вторичной обмотки трансформатора.


Работа симметричного однофазного мостового выпрямителя (рис. 7а) на активно-индуктивную нагрузку (ключ К разомкнут) при индуктивности нагрузки равной бесконечности представлена на временных диаграммах рис. 10


Рис. 10. Временные диаграммы работы симметричной однофазной мостовой схемы на активно-индуктивную нагрузку (индуктивность нагрузки равна бесконечности)


Вывод регулировочной характеристики выпрямителя при работе схемы на активно-индуктивную нагрузку (индуктивность нагрузки равна бесконечности):

; где

m = 2 - число пульсаций выпрямленного напряжения за период сети,

U2m - амплитудное значение напряжение на вторичной полуобмотке трансформатора.

Среднее значение выпрямленного напряжения при a = 0.

, отсюда

, тогда

.

Следовательно, регулировочная характеристика имеет вид рис. 11.


Рис. 11. Регулировочная характеристика однофазной симметричной мостовой схемы при работе на активно-индуктивную нагрузку

Максимальное обратное напряжение на вентиле в данной схеме составляет

, где

U2ф - действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Максимальное прямое напряжение на вентиле зависит от угла управления a следующим образом:

.

Средний выпрямленный ток, максимальное среднее и действующее значения тока через вентиль соответственно равны

, , , где

Kf - коэффициент формы тока в вентиле.

Расчетная мощность трансформатора Sт равна:

, где

- номинальная мощность выпрямленного тока.


Рассмотрим работу несимметричной однофазной мостовой схемы (рис. 7б) на активно-индуктивную нагрузку (ключ К разомкнут) при индуктивности нагрузки равной бесконечности. Временные диаграммы работы схемы показаны на рис. 12


Рис. 12. Временные диаграммы работы несимметричной мостовой схемы (рис. 7б) на активно-индуктивную нагрузку (индуктивность нагрузки равна бесконечности)


Среднее значение выпрямленного напряжения (регулировочная характеристика) при работе схемы на активную нагрузку:


где


m = 2 - число пульсаций выпрямленного напряжения за период сети,

U2m - амплитудное значение напряжение на вторичной обмотке трансформатора.

Среднее значение выпрямленного напряжения при a = 0.


, отсюда

, тогда

.


Следовательно, регулировочная характеристика имеет вид рис. 13


Рис. 13. Регулировочная характеристика несимметричной однофазной мостовой схемы при работе на активно-индуктивную нагрузку


Работа несимметричной однофазной мостовой схемы (рис. 7в) на активно-индуктивную нагрузку показана на временных диаграммах рис. 14, индуктивность нагрузки равна бесконечности.


Рис. 14. Временные диаграммы работы несимметричной однофазной мостовой схемы (рис. 7в) на активно-индуктивную нагрузку (индуктивность нагрузки равна бесконечности)


Среднее значение выпрямленного напряжения (регулировочная характеристика) при работе схемы на активную нагрузку:

где

m = 2 - число пульсаций выпрямленного напряжения за период сети,

U2m - амплитудное значение напряжение на вторичной обмотке трансформатора.

Среднее значение выпрямленного напряжения при a = 0.

, отсюда

, тогда

.

Следовательно, регулировочная характеристика имеет вид аналогичный предыдущей схемы рис. 13.

Исходя из временных диаграмм рис. 12 и рис. 14 можно сказать, что схема приведенная на рис. 7б обладает преимуществом по сравнению со схемой рис. 7в, так как среднее значение тока через все вентили в схеме рис. 7б имеют одинаковое значение, в то время как неуправляемые вентили в схеме рис. 7в находятся под большей нагрузкой по сравнению с неуправляемыми.

Средний и действующий токи через управляемые вентили в схеме рис. 7в равны:

; .

Для неуправляемых вентилей

; .

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

.


  1. Трехфазная схема со средней точкой (рис. 15)


Трехфазная схема со средней точкой используется в установках средней мощности. Недостатком данной схемы является наличие однополярного подмагничивания сердечника трансформатора из-за наличия постоянной составляющей тока во вторичной обмотке трансформатора.


Рис. 15. Трехфазная схема со средней точкой


Временные диаграммы работы данной схемы на активную нагрузку (ключ К замкнут) приведены на рис. 16


Рис. 16. Временные диаграммы работы трехфазной схемы со средней точкой на активную нагрузку: режим непрерывных токов 0°ЈaЈ30°(а), режим прерывистых токов 30°ЈaЈ150°(б)


Среднее значение выпрямленного напряжения (регулировочная характеристика) при работе схемы на активную нагрузку в режиме непрерывных токов (РНТ) (0°ЈaЈ30°):

, где

m = 3 - число пульсаций выпрямленного напряжения за период сети,

U2mф - амплитудное значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Среднее значение выпрямленного напряжения при a = 0.

, отсюда

, тогда

.

Следовательно, регулировочная характеристика имеет вид рис. 17а


Рис. 17. Регулировочная характеристика для трехфазного выпрямителя со средней точкой при работе на активную нагрузку: в режиме РНТ (а), в режиме РПТ (б)


Среднее значение выпрямленного напряжения (регулировочная характеристика) при работе схемы на активную нагрузку в режиме прерывистых токов (РПТ) (30°ЈaЈ150°):

,где

m = 3 - число пульсаций выпрямленного напряжения за период сети,

U2mф - амплитудное значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Среднее значение выпрямленного напряжения при a = 0.

, отсюда

, тогда

.

Полученная регулировочная характеристика имеет вид рис. 17б.

Максимальное обратное напряжение равно амплитуде линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора:

, где

U2ф - действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Максимальное прямое напряжение на вентиле зависит от угла управления a следующим образом:

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: