Энергетическая электроника
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению индивидуальной расчетно-графической работы
по курсу "Энергетическая электроника"
Общие указания по выполнению расчетно-графических работ
Перед выполнением работ студент должен, прежде всего, ознакомиться с методическими указаниями и выучить необходимый теоретический материал в рекомендуемых литературных источниках. расчетно-графическую работу выполняют в соответствии с данными указаниями.
Если при выполнении расчетно-графической работы у студента возникают затруднения, он может обратиться в университет за консультацией.
Вариант выполняемой расчетно-графической работы студент определяет по последним цифрам шифра зачетной книжки.
расчетно-графическую работу студент должен выполнять в отдельной тетради или на формате А4, на обложке тетради или титульном листе должны быть указаны фамилия, имя и отчество студента, курс, группа, наименование учебной дисциплины, номер учебного шифра студента.
В работе на каждой странице должно быть оставлено свободное поле шириной около 4 см, на котором преподаватель, проверяющий расчетно-графическую работу, в случае необходимости, записывает свои рекомендации или замечания.
Пояснительный текст, формулы и расчеты в работе должны быть написаны разборчиво, желательно черной пастой. Схемы и графики следует выполнять простым карандашом. Условные графические обозначения элементов схем должны соответствовать ГОСТам.
Сложные графические зависимости следует выполнять на миллиметровой бумаге, соблюдая требования ГОСТов. Буквенные обозначения и наименования каждой величины должны быть представлены в единицах СИ.
Вычисление каждого параметра необходимо начинать с указания использованного учебного или другого пособия и производить в следующем порядке:
записать формулу, по которой вычисляют величины параметра;
привести значения каждого условного обозначения;
подставить в формулу числовые значения и вычислить величины;
результат вычислений записать в единицах СИ.
Ответы на теоретические вопросы следует формулировать кратко и ясно, указывая источники, которые использованы при подготовке.
В конце расчетно-графической работы необходимо привести список использованных источников.
В случае невыполнения требований данных методических указаний представленная на рецензию расчетно-графическая работа не будет зачтена.
Задача 1
Рассчитать параметры преобразовательного трансформатора (ПТ) и вентильного комплекта (ВК) неуправляемого выпрямителя (НВ). По рассчитанным параметрам выбрать тип вентиля. Изобразить схему выпрямителя и временные диаграммы токов и напряжений, считая, что выпрямленный ток идеально сглажен. исходные данные для расчета НВ приведены в таблице 1. принимать при расчете НВ величину напряжения короткого замыкания ПТ Uкз = 8% и пренебрегать активными сопротивлениями в цепях выпрямителя. Частота питающей сети fc = 50 Гц.
Определить: ; ; ; ; ; ; ; ; .
Изобразить: ; ; ; ; ; Uвен (t).
Задача 2.
Изобразить схему реверсивного преобразователя по данным табл.2, выбрав группу (перекрестную или встречно-параллельную) преобразователя и способ управления реверсивными вентильными группами. Вычислить для значения IdH и углов управления α, заданных в табл.2, следующие параметры:
углы коммутации γ,
коэффициенты пульсаций по первой гармонике Kn (1),
коэффициент мощности Км.
считая, что выпрямленный ток идеально сглажен, для α=0 и трех заданных значений угла управления α построить внешние характеристики, а также для α1 построить временные зависимости U2 (t), Ud (t), ia (t), Uвен (t). Для инверторного режима построить ограничительную характеристику, принимая d=wtв. выбрать тип вентиля, рассчитав необходимые для этого параметры. Частота питающей сети fc = 50 Гц. Пояснить особенности работы преобразователя при использовании выбранного способа управления.
Задача 3.
Выбрать тип и определить параметры сглаживающего фильтра выпрямителя. Изобразить схему выпрямителя и сглаживающего фильтра. Исходные данные для расчета приведены в табл.3. Нагрузка носит импульсный характер. Частота питающей сети fc = 50 Гц.
Вопрос 1. Перечислить требования к системам управления преобразователя, ведомыми сетью. Охарактеризовать синхронные и асинхронные системы управления.
Изобразить структурную схему синхронной (вариант 1¸5 (предпоследняя цифра № зачетной книжки)) или асинхронной (вариант 6¸0 (предпоследняя цифра № зачетной книжки)) системы импульсно-фазового управления (СИФУ).
Описать работу СИФУ с горизонтальным способом регулирования угла управления (варианты 1, 2, 6, 8, 0 (последняя цифра № зачетной книжки), или с вертикальным способом регулирования угла управления (варианты 3, 4, 5, 7, 9 (последняя цифра № зачетной книжки). Описать назначение каждого блока системы управления и принцип СИФУ работы в целом.
Вопрос 2. Перечислить основные параметры, характеризующие стабилизатор напряжения. Перечислить дестабилизирующие факторы, воздействующие на напряжение питания электронных устройств.
Начертить схему силовых цепей компенсационного стабилизатора напряжения заданного типа и описать его работу (вариант - последняя цифра № зачетной книжки):
(варианты 1-2) - последовательного типа с линейным регулированием;
(варианты 3-4) - параллельного типа с линейным регулированием;
(варианты 5-6) - понижающего типа с импульсным регулированием;
(варианты 7-8) - повышающего типа с импульсным регулированием;
(варианты 9-0) - инвертирующего типа с импульсным регулированием;
Привести достоинства, недостатки и области применения заданного типа стабилизатора напряжения.
основная Литература
1 Руденко В.С. та ін. Промислова електроніка: Підручник / В.С. Руденко, В.Я. Ромашко, В. В Трифонюк. -К.: Либідь, 1993. - 432с.
2 Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высш. шк., 1982. - 496с.
3 Чиженко И.М., Руденко В.С., Сенько В.И. Основы преобразовательной техники. - М.: Высшая школа, 1981. - 423 с.
4 Источники электропитания РЭА. справочник. Под ред.Г.С. Найвельт.к Б. Мазель.Ч.И. Хусаинов М.: - Радио и связь 1985.
Методические указания
1 При выполнении задачи 1 для определение действующего фазного напряжения U2 сетевой обмотки преобразовательного трансформатора следует воспользоваться уравнением внешней характеристики выпрямителя в относительных единицах [3]:
(1)
гдеU*dH - среднее выпрямленное напряжение выпрямителя при нагрузке, отнесённое к среднему выпрямленному напряжению Ud0 неуправляемого выпрямителя при холостом ходе, U*d = Ud/Ud0;
I*d - средний выпрямленный ток выпрямителя, отнесённое к среднему выпрямленному току IdН неуправляемого выпрямителя при номинальной нагрузке I*d = Id /IdН,
Id - средний выпрямленный ток выпрямителя;
IdH - номинальный средневыпрямленный ток выпрямителя.
a - угол управления управляемого выпрямителя;
В - коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя:
для мостовой схемы выпрямителя в=0,7;
для двухфазной однотактной схемы В=0,35;
для трёхфазной однотактной схемы В=0,87;
для трёхфазной мостовой В=0,5;
Uk% -напряжение опыта короткого замыкания преобразовательного трансформатора в процентах от номинального напряжения:
Здесь Хт - индуктивное сопротивление обмоток трансформатора, приведённое к числу витков первичной обмотки;
I1H и U1H - номинальный ток и напряжение первичной обмотки преобразовательного трансформатора соответственно;
Для неуправляемого выпрямителя при номинальном токе нагрузки IdH выражение (1) принимает следующий вид:
(2)
По вычисленному значению U*dH и заданной величине UdH определяется и далее номинальное действующее фазовое напряжение U2H схемной обмотки трансформатора. Так, для однофазного мостового и двухфазного однотактного выпрямителей для трёхфазной однотактной для трёхфазного мостового соединения схемной обмотки трансформатора в “звезду" при соединении схемной обмотки в “треугольник”
Действующий ток вторичной обмотки выпрямительного трансформатора, поскольку выпрямительный ток идеально сглажен, с достаточной для инженерных расчётов точностью можно определить для однотактных схем выпрямления по выражению
где m2 - число фаз схемной обмотки трансформатора.
В однофазной мостовой схеме выпрямления I2 = idH, в трёхфазной мостовой линейный ток схемной обмотки для соединения Y/Y для соединения в мостовых схемах выпрямления действующий линейный ток сетевой обмотки выпрямительного трансформатора определяется по выражению где KT - коэффициент трансформации трансформатора. для Y/Y или U1л - действующее линейное напряжение сетевой обмотки трансформатора; U2л - действующее линейное напряжение схемной обмотки трансформатора.
Действующий ток сетевой обмотки преобразовательного трансформатора двухфазного однотактного выпрямителя находят по выражению , трехфазного нулевого - .
Расчёт мощности сетевой S1 и схемной S2 обмоток выпрямительного трансформатора вычисляют по формуле S = m UI
где m - число фаз обмотки;
U - действующее напряжение фазы обмотки;
I - действующий ток фазы обмотки;
типовую мощность ST трансформатора по выражению ST= (S1+S2) /2.
Коэффициент использования преобразовательного трансформатора определяют по формуле где Pd = Ud0Idн.
Углы коммутации g тока в выпрямителях при U2=U2HOM вычисляют из следующих уравнений:
для двухфазной однотактной схемы
(3)
для однофазной мостовой схемы
(4)
для трёхфазной однотактной и для трёхфазной мостовой схем
(5)
где XT - индуктивное сопротивление обмоток преобразовательного трансформатора, приведённое к числу витков схемной обмотки,
;
U2н и I2н - номинальные фазные действующие напряжение и ток схемной обмотки трансформатора (соединённой в “звезду”);
Примечание: в формулах 3, 4, 5 для режима выпрямления (a<90о) следует брать знак “+” перед дробью в правой части уравнения, а для инверторного режима (a>90о) - знак “-” перед дробью в правой части уравнения.
Коэффициент Км мощности выпрямителя вычисляют по выражению
