Определяем пороговое напряжение Uпор.v и динамическое сопротивление Rgv прямой ветви ВАХ у выбранных вентилей.
Uпор.v = ∆U = 0,5 В для диода
Uпор.vs = ∆U = 1 В для тиристора
Rgv = ∆U / I, (6.2)
где I – среднее значение прямого тока вентиля, А.
Rgv = 0,5 /25 = 0,02 Ом для диода
Rgvs = 1 / 25 = 0,04 Ом для тиристора
Определим мощность потерь Pпот.v в вентилях за счет прохождение прямого тока для каждого вида нагрузки по формуле [1,16].
Pпот.v = (Uпор.v·Iср.v + I2эфф.v· Rgv)·n, (6.3)
где n – число диодов, n = 4 – мостовая однофазная схема.
Pпот.v = 4·(0,5·15+(23,55)2·0,02) = 74,37 Вт – активная нагрузка,
Pпот.v = 4·(0,5·15+(15)2·0,02) = 48 Вт – активно-индуктивная нагрузка,
Pпот.v = 4·(0,5·15+(36,75)2·0,02) = 138,05 Вт – активно-емкостная нагрузка.
Определим коэффициент использования K2,T вентильной обмотки трансформатора для каждого вида нагрузки по формуле [1,8].
K2,T = , (6.4)
K2,T = = 0,812 – активная нагрузка,
K2,T = = 0,637 – активно-индуктивная нагрузка,
K2,T = = 0,658 – активно-емкостная нагрузка.
Исходя из рассчитанных данных, можем сделать вывод, что наиболее оптимальной схемой является схема с активной нагрузкой.
Определение значения ЭДС E2, необходимой для получения заданного напряжения U0 при нагрузочном токе I0 у реального выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой. Для этого воспользуемся уравнением [1,26].
U0 = , (6.5)
где LS – индуктивность рассеивания, LS = 0,001 Гн (см. л.15),
Rп – сопротивление потерь в фазе, Rп = 2/15 Ом (см. л.12).
= = 60 + ()·30 = 67 В.
Из соотношения E2/U0 = 1,11/ηa [1,18], где ηa = 1 находим ЭДС
E2 = 1,11· = 1,11·67 = 74,37 В.
Определим значения КПД для каждого вида нагрузки по формуле
η = , (6.6)
где Pпот.тр-ра – мощность потерь в трансформаторе, Вт,
Pпот.тр-ра = m2·I22·Rтр , (6.7)
где Rтр – сопротивление обмоток трансформатора, Ом,
Rтр = Rп – p· Rgv, (6.8)
η = = 0,91 – активная нагрузка,
η = = 0,893 – активно-индуктивная нагрузка,
η = = 0,822 – активно-емкостная нагрузка.
Выбор трансформатора производим по напряжению сети U1 = 220 В, напряжению вторичной обмотки U2 = 74,37 В и типовой мощности трансформатора Sтип.
Определим типовую мощность трансформатора по формуле [1,8]
Sтип = 0,5·(S1 + S2), (6.9)
где S1, S2 – мощности сетевой и вентильной обмоток соответственно, Вт,
S1 = m1·U1·I1,
S2 = m2·U2·I2, (6.10)
где U2 = 74,37 В (см. выше),
I2 = 41,42 (см. л.15),
Ток I1 находим из соотношения
, (6.11)
I1 = I2· = 41,42· = 14,01 А.
S1 = S2 =1·220·14 = 3080 В·А
Выбираем трансформатор типа ОСВМ-4,0-ОМ5 [2] с номинальной мощностью Sн = 4,0 кВ·А, номинальным напряжением на первичной обмотке UВН = 220 В и напряжением на вторичной обмотке при холостом ходу UННхх = 115 В.
Выбор конденсатора производим по номинальному напряжению, частоте напряжения и емкости C0 = 6185 мкФ. Поскольку несуществует электролитических конденсаторов на емкость C0 = 6185 мкФ, то соединяем параллельно четыре конденсатора К-50-24-63В-1000мкФ-В и конденсатор К-50-24-63В-2200мкФ-В в конденсаторную батарею [3].
Выбор двигателя постоянного тока производим по номинальной выходной мощности выпрямителя и выпрямленному напряжению. Чтоб выбрать двигатель вычислим выходную мощность двигателя Pном.
Pном = , (6.12)
где η – коэффициент полезного действия двигателя,
Выбираем двигатель [4] постоянного тока 4ПБМ-132МО4 основные параметры которого Pном = 2,36 кВт, Uн = 110 В, Iн = 25,4 А, η = 80%, nн = 1500 об/м.
Проверим выбор мощности:
Pрасч = = 2250 кВт
Можно сделать вывод, что выбранный двигатель удовлетворяет условиям.
7. Схематическое моделирование выпрямителя с помощью
программных средств
В результате математического моделирования выпрямителей по схемам заданий 1-3 с использованием программы Electronics Workbench 5.12 получить:
1. Распечатку принципиальных схем выпрямителей с символьными обозначениями элементов, значениями их параметров и значениями параметров U0, E2, I0, Iэфф.v, I1 измеренными цифровыми вольтметрами и амперметрами программы.
2. Осциллограммы мгновенных значений u0(t), e2(t), iпр.v(t) uобр.v(t) при различных нагрузках с пояснением их формы и с оценкой степени приближения к расчетным графикам.
Моделирование выпрямителя при работе на активную нагрузку
Моделирование выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку
Моделирование выпрямителя при работе на активно-емкостную нагрузку
8. Разработка принципиальной схемы управляемого выпрямителя для электропривода постоянного тока
Принципиальная схема приведена на рисунке 8.1.
Состав и описание принципиальной схемы.
Устройство предназначено для преобразования электрической энергии переменного тока в энергию постоянного тока и регулирования выпрямленного напряжения.
Принципиальная схема выпрямителя содержит следующие узлы и аппараты:
Ø вводной автоматический выключатель QF1;
Ø однофазный трансформатор TV;
Ø силовые предохранители FU3 и FU4;
Ø магнитный пускатель KM;
Ø приборы индикации тока и напряжения на выходе устройства RS;
Ø органы контроля и управления устройством SB;
Ø блок системы управления выпрямителем U;
Ø блок источника питания системы управления G;
Ø входные и выходные зажимы силовых цепей.
Напряжение питания выпрямителя U = 220 В, f = 50 Гц, через входные клеммы подается на автоматический выключатель QF1, предназначенный для обесточивания преобразователя при наладке, осмотрах. При включении напряжение подается на преобразующий трансформатор. При включении автоматического выключателя QF2, установленного для защиты от токов короткого замыкания и тепловой защиты от длительных перегрузок, напряжение через предохранители подается на силовые контакты магнитного пускателя. Магнитный пускатель предназначен для автоматического дистанционного включения и отключения непосредственно преобразователя. При включении контактора и подаваемых управляющих импульсов на силовые
|
Рисунок 8.1 - Принципиальная электрическая схема однофазного управляемого выпрямителя |
полупроводниковые приборы (тиристоры) за счет регулирования угла открытия тиристоров происходит регулируемое преобразование энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Для сигнализации наличия напряжения в преобразователе предусмотрены сигнальные лампы HL1 и HL2.
Устройство позволяет регулировать напряжение на нагрузке в пределах от 0 до 60 В при потребляемой мощности 1,8 кВт.
Основной источник выделения тепла в установке – силовой трансформатор, тиристоры, источники питания цепей управления, катушка контактора, силовые шины, разъемные и неразъемные контактные соединения. Возможными источниками электрических и магнитных помех могут быть трансформатор TV, контактор КМ, электрическая машина постоянного тока.
Аппараты и элементы с максимальными габаритами и массой: Трансформатор, силовой преобразователь, контактор.
В состав однофазного тиристорного преобразователя входят тиристоры VS1, VS2, VS3 и VS4, трансформатор TV и система импульсно-фазового управления СИФУ. СИФУ вырабатывает импульсы управления тиристорами с заданной фазой по отношению к напряжению сети.
Приложение А
Графики зависимостей e2(wt), u0(wt), i2(wt), iVD1(wt).
Приложение Б
Графики зависимостей e2(wt), u0(wt), U0(wt), i0(wt), i0,в(wt), i0,св(wt), i2(wt), I0(wt).
Приложение В
Графики зависимостей e2(wt), U0(wt), 2θ, iпр.v(wt), Iэфф.v(wt), , Iср.v(wt), i2(wt), I2(wt).
Приложение Г
Графики зависимостей e2(wt), u0,γ(wt), (отметить U0,γ и γ) ivd2(wt), ivd1(wt),I2,γ(wt).
Приложение Д
Графики зависимостей e2(wt), u*0,α(wt), (отметить 0,7U0, αmin, αmax) при E2mmin и E2mmax.
Заключение
В данной курсовой работе были рассмотрены пять выпрямителей. В этой работе мы разрабатывали неуправляемый выпрямитель. Рациональность полученных результатов оценивают с технической точки зрения.
Лучшей следует считать такую схему, которая дает:
- среднее значение выпрямленного напряжения, приближенное к
амплитудному значению ЭДС вентильной обмотки преобразующего
трансформатора.
- малую величину амплитуды основной гармоники пульсаций.
- меньшее значение мощности потерь в вентиле.
Список литературы
1. Кузнецов Е.М. Расчет и моделирование электропитающих устройств для промышленных установок.: Учебное пособие.– Омск: Изд-во ОмГТУ, 2000 г.
2. Электротехнический справочник.: В 3-х т. Т.2. Электротехнические изделия и устройства./Под ред. В.Г.Герасимов и др. – 9-е изд., испр. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2003. – 715 с.: ил.
3. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА [Текст] : справ. / Н. Н. Акимов, Е. П. Ващуков, В. А. Прохоренко, Ю. П. Ходоренок. - . - . - Минск : Беларусь, 1994. - . - 591 с. : орн.
4. Сайт производителя электродвигателей (#"#">http://reference.elp.ru/1/4/1/_elektrodvigateli_4PBM132
