МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання індивідуального розрахунково-графічної роботи
за курсом "Енергетична електроніка"
Якщо при виконанні розрахунково-графічної роботи у студента виникають труднощі, він може звернутися до університету за консультацією.
Варіант виконуваної розрахунково-графічної роботи студент визначає за останнім цифрам шифру залікової книжки.
розрахунково-графічну роботу студент повинен виконувати в окремому зошиті або на форматі А4, на обкладинці зошита або титульному аркуші мають бути вказані прізвище, ім'я та по батькові студента, курс, група, найменування навчальної дисципліни, номер навчального шифру студента.
У роботі на кожній сторінці повинно бути залишено вільне поле шириною близько 4 см, на якому викладач, перевіряючий розрахунково-графічну роботу, у разі необхідності, записує свої рекомендації чи зауваження.
Пояснювальний текст, формули і розрахунки в роботі повинні бути написані розбірливо, бажано чорною пастою. Схеми та графіки слід виконувати простим олівцем. Умовні графічні позначення елементів схем повинні відповідати ГОСТам.
Складні графічні залежності слід виконувати на міліметровому папері, дотримуючись вимог ГОСТів. Літерні позначення і найменування кожної величини повинні бути представлені в одиницях СІ.
Обчислення кожного параметра необхідно починати з вказівки використаного навчального чи іншої допомоги і проводити в наступному порядку:
записати формулу, за якою обчислюють величини параметра;
привести значення кожного умовного позначення;
підставити у формулу числові значення та обчислити величини;
результат обчислень записати в одиницях СІ.
Відповіді на теоретичні питання слід формулювати коротко і ясно, вказуючи джерела, які використані при підготовці.
В кінці розрахунково-графічної роботи необхідно навести список використаних джерел.
У разі невиконання вимог даних методичних вказівок представлена на рецензію розрахунково-графічна робота не буде зарахована.
Задача 1
Розрахувати параметри перетворювального трансформатора (ПТ) і вентильного комплекту (ВК) некерованого випрямляча (НВ). За розрахованими параметрами вибрати тип вентиля. Зобразити схему випрямляча і тимчасові діаграми струмів і напруг, вважаючи, що випрямлений струм ідеально згладжений. вихідні дані для розрахунку НВ наведено в таблиці 1. приймати при розрахунку НВ величину напруги короткого замикання ПТ Uкз = 8% і нехтувати активними опорами в ланцюгах випрямляча. Частота живильної мережі f c = 50 Гц.
Визначити:
Зобразити:
Завдання 2.
Зобразити схему реверсного перетворювача за даними табл.2, вибравши групу (перехресну або зустрічно-паралельну) перетворювача і спосіб управління реверсивними вентильними групами. Обчислити для значення I dH і кутів управління α, заданих в табл.2, наступні параметри:
кути комутації γ,
коефіцієнти пульсацій по першій гармоніці K n (1),
коефіцієнт потужності К м.
вважаючи, що випрямлений струм ідеально згладжений, для α = 0 і трьох заданих значень кута управління α побудувати зовнішні характеристики, а також для α 1 побудувати часові залежності U 2 (t), U d (t), i a (t), U вен (t). Для інверторного режиму побудувати обмежувальну характеристику, приймаючи d = wt ст. вибрати тип вентиля, розрахувавши необхідні для цього параметри. Частота живильної мережі f c = 50 Гц. Пояснити особливості роботи перетворювача при використанні обраного способу управління.
Завдання 3.
Вибрати тип і визначити параметри фільтра, що згладжує випрямляча. Зобразити схему випрямляча і фільтра, що згладжує. Вихідні дані для розрахунку наведені в табл.3. Навантаження носить імпульсний характер. Частота живильної мережі f c = 50 Гц.
Питання 1. Перерахувати вимоги до систем управління перетворювача, відомими мережею. Охарактеризувати синхронні і асинхронні системи управління.
Зобразити структурну схему синхронної (варіант 1 ¸ 5 (передостання цифра № залікової книжки)) або асинхронної (варіант 6 ¸ 0 (передостання цифра № залікової книжки)) системи імпульсно-фазового управління (СІФУ).
Описати роботу СІФУ з горизонтальним способом регулювання кута управління (варіанти 1, 2, 6, 8, 0 (остання цифра № залікової книжки), або з вертикальним способом регулювання кута управління (варіанти 3, 4, 5, 7, 9 (остання цифра № залікової книжки). Описати призначення кожного блоку системи управління і принцип СІФУ роботи в цілому.
Питання 2. Перерахувати основні параметри, що характеризують стабілізатор напруги. Перерахувати дестабілізуючі фактори, що впливають на напругу живлення електронних пристроїв.
Накреслити схему силових ланцюгів компенсаційного стабілізатора напруги заданого типу і описати його роботу (варіант - остання цифра № залікової книжки):
(Варіанти 1-2) - послідовного типу з лінійним регулюванням;
(Варіанти 3-4) - паралельного типу з лінійним регулюванням;
(Варіанти 5-6) - понижуючого типу з імпульсним регулюванням;
(Варіанти 7-8) - підвищує типу з імпульсним регулюванням;
(Варіанти 9-0) - инвертирующего типу з імпульсним регулюванням;
Привести переваги, недоліки та області застосування заданого типу стабілізатора напруги.
основна Література
1 Руденко В.С. та ін. Промислова електроніка: Підручник / В.С. Руденко, В.Я. Ромашко, В. У Тріфонюк. -К.: Либідь, 1993. - 432с.
2 Забродін Ю.С. Промислова електроніка. - М.: Вищ. шк., 1982. - 496с.
3 Чиженко І.М., Руденко В.С., Сенько В.І. Основи перетворювальної техніки. - М.: Вища школа, 1981. - 423 с.
4 Джерела електроживлення РЕА. довідник. Під ред.Г.С. Найвельт.к Б. Мазель. Ч.І. Хусаїнов М.: - Радіо і зв'язок 1985.
Методичні вказівки
1 При виконанні завдання 1 для визначення чинного фазної напруги U 2 мережевої обмотки перетворювального трансформатора слід скористатися рівнянням зовнішньої характеристики випрямляча в відносних одиницях [3]:
гдеU * dH - середнє випрямлена напруга випрямляча при навантаженні, віднесене до середнього випрямленій напрузі U d 0 некерованого випрямляча при холостому ході, U * d = U d / U d 0;
I * d - середній випрямлений струм випрямляча, віднесене до середнього випрямленій току I dН некерованого випрямляча при номінальному навантаженні I * d = I d / I dН,
I d - середній випрямлений струм випрямляча;
I dH - номінальний струм средневипрямленний випрямляча.
a - кут управління керованого випрямляча;
В - коефіцієнт, що залежить від схеми випрямляча:
для мостової схеми випрямляча в = 0,7;
для двофазної однотактной схеми В = 0,35;
для трифазної однотактной схеми В = 0,87;
для трифазної мостової В = 0,5;
U k%-напруга випробування короткого замикання перетворювального трансформатора у відсотках від номінального напруги:
Тут Х т - індуктивний опір обмоток трансформатора, приведений до числа витків первинної обмотки;
I 1 H і U 1 H - номінальний струм і напруга первинної обмотки перетворювального трансформатора відповідно;
Для некерованого випрямляча при номінальному струмі навантаження I dH вираз (1) приймає наступний вигляд:
За обчисленому значенню U * dH і заданої величиною U dH визначається
Чинний струм вторинної обмотки випрямного трансформатора, оскільки випрямний струм ідеально згладжений, з достатньою для інженерних розрахунків точністю можна визначити для однотактний схем випрямлення за висловом
де m 2 - число фаз схемної обмотки трансформатора.
У однофазної мостової схеми випрямлення I 2 = i dH, в трифазній мостовий лінійний струм схемної обмотки для з'єднання Y / Y
Чинний струм мережевий обмотки перетворювального трансформатора двофазного однотактного випрямляча знаходять за виразом
Розрахунок потужності мережевий S 1 і схемної S 2 обмоток випрямного трансформатора обчислюють за формулою S = m UI
де m - число фаз обмотки;
U - чинне напруга фази обмотки;
I - діючий струм фази обмотки;
типову потужність S T трансформатора за висловом S T = (S 1 + S 2) / 2.
Коефіцієнт використання перетворювального трансформатора визначають за формулою
Кути комутації g струму в випрямлячах при U 2 = U 2 HOM обчислюють з наступних рівнянь:
для двофазної однотактной схеми
для однофазної мостової схеми
для трифазної однотактной і для трифазної мостової схем
де X T - індуктивний опір обмоток перетворювального трансформатора, приведене до числа витків схемної обмотки,
U 2н і I 2н - номінальні фазні діючі напруга і струм схемної обмотки трансформатора (з'єднаної в "зірку");
Примітка: у формулах 3, 4, 5 для режиму випрямлення (a <90 о) слід брати знак "+" перед дробом у правій частині рівняння, а для інверторного режиму (a> 90 о) - знак "-" перед дробом у правій частини рівняння.
Коефіцієнт К м потужності випрямляча обчислюють за виразом
де К н - коефіцієнт спотворення форми кривої споживаного з мережі змінного струму (коефіцієнт не синусоидальности);
При індуктивності L d навантаження, що прагне до нескінченності коефіцієнт несинусоїдальності:
для однофазного мостового та двофазного однотактного випрямлячів
Кут j зсуву першої гармоніки при Ld ® ¥ дорівнює j = a + g / 2
Середній струм вентиля в однофазної мостової і двофазної однотактной схемах дорівнює
Вибір вентиля по струму повинен бути проведений за наступною методикою. У нормальному режимі роботи випрямляча максимальне зворотне напруга U обр на вентилі без урахування комутаційних перенапруг складе:
Вибір вентиля для розраховується випрямляча необхідно робити по допустимому повторюваному напрузі з урахуванням комутаційних перенапруг і можливих коливань напруги мережі живлення. Вважаючи, що комутаційні перенапруги складуть не більше 20-30% від амплітудного лінійної напруги
За допустимому прямому середньому току вибір вентилів слід проводити з урахуванням необхідного запасу, тобто розраховане значення не повинно перевищувати 0,7 ¸ 0,8 допустимого
При виконанні завдання 2 вибір зустрічно-паралельного або перехресної схеми реверсивного перетворювача визначається числом комплектів вторинних обмоток перетворювального трансформатора, оскільки схема з'єднання обмоток трансформатора задана.
Для одного комплекту вторинних обмоток реверсивний перетворювач може бути виконаний тільки по зустрічно-паралельній схемі. Для двох комплектів вторинних обмоток перетворювального трансформатора реверсивний перетворювач виконують по перехресній схемі.
При спільному погодженому управлінні реверсивними вентильними групами перетворювача повинна бути передбачена установка роздільних дроселів (зрівняльних реакторів).
При роздільному управлінні реверсними вентильними групами реверсного перетворювача установка зрівняльних реакторів не потрібно.
Розрахунки при виконанні завдання 2 виконуються з використанням формул, наведених вище для завдання 1. Чинне фазна напруга U 2 схемної обмотки трансформатора слід визначати з виразу (1), беручи
Кут комутації, в залежності від схеми перетворювача, обчислюють за виразами (3) - (5).
Коефіцієнт Кп (q) пульсації випрямленої напруги для q - й гармоніки можна обчислити за виразом:
де Р - пульсность схеми перетворювача (число пульсацій випрямленої напруги за період мережі).
Вхідна характеристика веденого інвертора повинна бути побудована (і переважно будувати) у відносних одиницях.
Обмежувальну характеристику веденого інвертора слід будувати, використовуючи наступне аналітичний вираз:
або, у відносних одиницях,
де w - кругова частота мережі змінного струму. w = 2 p f (1/сек);
t в - паспортне час вимкнення обраного типу тиристора.
Обмежувальну характеристику веденого інвертора слід будувати на сімействі зовнішніх характеристик реверсивного перетворювача в області його роботи в інверторному режимі.
вибір згладжує фільтра випрямляча необхідно виробляти, з огляду на потужність випрямляча, а також характер і опір навантаження.
У потужних випрямлячах, коли P dH = U dH I dH порядку декількох кіловат і більше, необхідно використовувати індуктивний фільтр. Індуктивність фільтра визначається за виразом [1].
де R d-активний опір навантаження випрямляча (в потужних випрямлячах величина R d складає долі ома);
K п (1) - коефіцієнт пульсації випрямленої напруги на виході фільтра по першій гармоніці.
У випрямлячах малої потужності (на струми до 1 год 1,5 ампер) слід використовувати найпростіші ємнісні фільтри.
Для двухполуперіодний випрямлячів величина ємності згладжує конденсатора може бути обчислена за виразом
У випрямлячах при струмах навантаження більше 1А доцільно застосовувати
Г - образний індуктивно-ємнісний LC - фільтр.
Величина індуктивності
де
Величина ємності
де К ф - коефіцієнт фільтрації фільтра.
У тих випадках, коли опір навантаження випрямляча становить кілька тисяч Ом, слід використовувати Г - образний активно-ємнісний фільтр (RC) [1].
Величину активного опору r фільтра зазвичай беруть рівної
Якщо навантаження носить імпульсний характер, ємність вихідного конденсатора вибирати такий, щоб забезпечити необхідні параметри струму навантаження. Якщо задано допустиме спотворення імпульсу струму, виражене в допустимому зменшенні струму навантаження за час дії імпульсу
При використанні в якості одиниці вимірювання в формулах часу в секундах, струму - в амперах, напруги - у вольтах, ємність конденсатора буде обчислено в Фарадах.
Вибір уніфікованих елементів схем (вентилів, конденсаторів, дроселів) необхідно проводити з професійної довідковій літературі.
2. Випрямлення і інвертування електроенергії. Призначення та області застосування випрямлячів та інверторів.
3. Комутація вентилів природна і примусова. Приклади
4. Характеристики некерованих вентилів.
5. Характеристики керованих вентилів.
6. Вирівнювання струмів вентилів і напруги на вентилях.
7. Перенапруги на вентилях. Причини виникнення та способи захисту від них.
8. Інвертори, ведені мережею і автономні інвертори. Відмінні ознаки. Області застосування. до виконання індивідуального розрахунково-графічної роботи
за курсом "Енергетична електроніка"
Загальні вказівки щодо виконання розрахунково-графічних робіт
Перед виконанням робіт студент повинен, перш за все, ознайомитися з методичними вказівками і вивчити необхідний теоретичний матеріал у рекомендованих літературних джерелах. розрахунково-графічну роботу виконують згідно з даними вказівками.Якщо при виконанні розрахунково-графічної роботи у студента виникають труднощі, він може звернутися до університету за консультацією.
Варіант виконуваної розрахунково-графічної роботи студент визначає за останнім цифрам шифру залікової книжки.
розрахунково-графічну роботу студент повинен виконувати в окремому зошиті або на форматі А4, на обкладинці зошита або титульному аркуші мають бути вказані прізвище, ім'я та по батькові студента, курс, група, найменування навчальної дисципліни, номер навчального шифру студента.
У роботі на кожній сторінці повинно бути залишено вільне поле шириною близько 4 см, на якому викладач, перевіряючий розрахунково-графічну роботу, у разі необхідності, записує свої рекомендації чи зауваження.
Пояснювальний текст, формули і розрахунки в роботі повинні бути написані розбірливо, бажано чорною пастою. Схеми та графіки слід виконувати простим олівцем. Умовні графічні позначення елементів схем повинні відповідати ГОСТам.
Складні графічні залежності слід виконувати на міліметровому папері, дотримуючись вимог ГОСТів. Літерні позначення і найменування кожної величини повинні бути представлені в одиницях СІ.
Обчислення кожного параметра необхідно починати з вказівки використаного навчального чи іншої допомоги і проводити в наступному порядку:
записати формулу, за якою обчислюють величини параметра;
привести значення кожного умовного позначення;
підставити у формулу числові значення та обчислити величини;
результат обчислень записати в одиницях СІ.
Відповіді на теоретичні питання слід формулювати коротко і ясно, вказуючи джерела, які використані при підготовці.
В кінці розрахунково-графічної роботи необхідно навести список використаних джерел.
У разі невиконання вимог даних методичних вказівок представлена на рецензію розрахунково-графічна робота не буде зарахована.
Задача 1
Розрахувати параметри перетворювального трансформатора (ПТ) і вентильного комплекту (ВК) некерованого випрямляча (НВ). За розрахованими параметрами вибрати тип вентиля. Зобразити схему випрямляча і тимчасові діаграми струмів і напруг, вважаючи, що випрямлений струм ідеально згладжений. вихідні дані для розрахунку НВ наведено в таблиці 1. приймати при розрахунку НВ величину напруги короткого замикання ПТ Uкз = 8% і нехтувати активними опорами в ланцюгах випрямляча. Частота живильної мережі f c = 50 Гц.
Визначити:
Зобразити:
Завдання 2.
Зобразити схему реверсного перетворювача за даними табл.2, вибравши групу (перехресну або зустрічно-паралельну) перетворювача і спосіб управління реверсивними вентильними групами. Обчислити для значення I dH і кутів управління α, заданих в табл.2, наступні параметри:
кути комутації γ,
коефіцієнти пульсацій по першій гармоніці K n (1),
коефіцієнт потужності К м.
вважаючи, що випрямлений струм ідеально згладжений, для α = 0 і трьох заданих значень кута управління α побудувати зовнішні характеристики, а також для α 1 побудувати часові залежності U 2 (t), U d (t), i a (t), U вен (t). Для інверторного режиму побудувати обмежувальну характеристику, приймаючи d = wt ст. вибрати тип вентиля, розрахувавши необхідні для цього параметри. Частота живильної мережі f c = 50 Гц. Пояснити особливості роботи перетворювача при використанні обраного способу управління.
Завдання 3.
Вибрати тип і визначити параметри фільтра, що згладжує випрямляча. Зобразити схему випрямляча і фільтра, що згладжує. Вихідні дані для розрахунку наведені в табл.3. Навантаження носить імпульсний характер. Частота живильної мережі f c = 50 Гц.
Питання 1. Перерахувати вимоги до систем управління перетворювача, відомими мережею. Охарактеризувати синхронні і асинхронні системи управління.
Зобразити структурну схему синхронної (варіант 1 ¸ 5 (передостання цифра № залікової книжки)) або асинхронної (варіант 6 ¸ 0 (передостання цифра № залікової книжки)) системи імпульсно-фазового управління (СІФУ).
Описати роботу СІФУ з горизонтальним способом регулювання кута управління (варіанти 1, 2, 6, 8, 0 (остання цифра № залікової книжки), або з вертикальним способом регулювання кута управління (варіанти 3, 4, 5, 7, 9 (остання цифра № залікової книжки). Описати призначення кожного блоку системи управління і принцип СІФУ роботи в цілому.
Питання 2. Перерахувати основні параметри, що характеризують стабілізатор напруги. Перерахувати дестабілізуючі фактори, що впливають на напругу живлення електронних пристроїв.
Накреслити схему силових ланцюгів компенсаційного стабілізатора напруги заданого типу і описати його роботу (варіант - остання цифра № залікової книжки):
(Варіанти 1-2) - послідовного типу з лінійним регулюванням;
(Варіанти 3-4) - паралельного типу з лінійним регулюванням;
(Варіанти 5-6) - понижуючого типу з імпульсним регулюванням;
(Варіанти 7-8) - підвищує типу з імпульсним регулюванням;
(Варіанти 9-0) - инвертирующего типу з імпульсним регулюванням;
Привести переваги, недоліки та області застосування заданого типу стабілізатора напруги.
основна Література
1 Руденко В.С. та ін. Промислова електроніка: Підручник / В.С. Руденко, В.Я. Ромашко, В. У Тріфонюк. -К.: Либідь, 1993. - 432с.
2 Забродін Ю.С. Промислова електроніка. - М.: Вищ. шк., 1982. - 496с.
3 Чиженко І.М., Руденко В.С., Сенько В.І. Основи перетворювальної техніки. - М.: Вища школа, 1981. - 423 с.
4 Джерела електроживлення РЕА. довідник. Під ред.Г.С. Найвельт.к Б. Мазель. Ч.І. Хусаїнов М.: - Радіо і зв'язок 1985.
Методичні вказівки
1 При виконанні завдання 1 для визначення чинного фазної напруги U 2 мережевої обмотки перетворювального трансформатора слід скористатися рівнянням зовнішньої характеристики випрямляча в відносних одиницях [3]:
гдеU * dH - середнє випрямлена напруга випрямляча при навантаженні, віднесене до середнього випрямленій напрузі U d 0 некерованого випрямляча при холостому ході, U * d = U d / U d 0;
I * d - середній випрямлений струм випрямляча, віднесене до середнього випрямленій току I dН некерованого випрямляча при номінальному навантаженні I * d = I d / I dН,
I d - середній випрямлений струм випрямляча;
I dH - номінальний струм средневипрямленний випрямляча.
a - кут управління керованого випрямляча;
В - коефіцієнт, що залежить від схеми випрямляча:
для мостової схеми випрямляча в = 0,7;
для двофазної однотактной схеми В = 0,35;
для трифазної однотактной схеми В = 0,87;
для трифазної мостової В = 0,5;
U k%-напруга випробування короткого замикання перетворювального трансформатора у відсотках від номінального напруги:
Тут Х т - індуктивний опір обмоток трансформатора, приведений до числа витків первинної обмотки;
I 1 H і U 1 H - номінальний струм і напруга первинної обмотки перетворювального трансформатора відповідно;
Для некерованого випрямляча при номінальному струмі навантаження I dH вираз (1) приймає наступний вигляд:
За обчисленому значенню U * dH і заданої величиною U dH визначається
Чинний струм вторинної обмотки випрямного трансформатора, оскільки випрямний струм ідеально згладжений, з достатньою для інженерних розрахунків точністю можна визначити для однотактний схем випрямлення за висловом
де m 2 - число фаз схемної обмотки трансформатора.
У однофазної мостової схеми випрямлення I 2 = i dH, в трифазній мостовий лінійний струм схемної обмотки для з'єднання Y / Y
Чинний струм мережевий обмотки перетворювального трансформатора двофазного однотактного випрямляча знаходять за виразом
Розрахунок потужності мережевий S 1 і схемної S 2 обмоток випрямного трансформатора обчислюють за формулою S = m UI
де m - число фаз обмотки;
U - чинне напруга фази обмотки;
I - діючий струм фази обмотки;
типову потужність S T трансформатора за висловом S T = (S 1 + S 2) / 2.
Коефіцієнт використання перетворювального трансформатора визначають за формулою
Кути комутації g струму в випрямлячах при U 2 = U 2 HOM обчислюють з наступних рівнянь:
для двофазної однотактной схеми
для однофазної мостової схеми
для трифазної однотактной і для трифазної мостової схем
де X T - індуктивний опір обмоток перетворювального трансформатора, приведене до числа витків схемної обмотки,
U 2н і I 2н - номінальні фазні діючі напруга і струм схемної обмотки трансформатора (з'єднаної в "зірку");
Примітка: у формулах 3, 4, 5 для режиму випрямлення (a <90 о) слід брати знак "+" перед дробом у правій частині рівняння, а для інверторного режиму (a> 90 о) - знак "-" перед дробом у правій частини рівняння.
Коефіцієнт К м потужності випрямляча обчислюють за виразом
де К н - коефіцієнт спотворення форми кривої споживаного з мережі змінного струму (коефіцієнт не синусоидальности);
При індуктивності L d навантаження, що прагне до нескінченності коефіцієнт несинусоїдальності:
для однофазного мостового та двофазного однотактного випрямлячів
Кут j зсуву першої гармоніки при Ld ® ¥ дорівнює j = a + g / 2
Середній струм вентиля в однофазної мостової і двофазної однотактной схемах дорівнює
Вибір вентиля по струму повинен бути проведений за наступною методикою. У нормальному режимі роботи випрямляча максимальне зворотне напруга U обр на вентилі без урахування комутаційних перенапруг складе:
Вибір вентиля для розраховується випрямляча необхідно робити по допустимому повторюваному напрузі з урахуванням комутаційних перенапруг і можливих коливань напруги мережі живлення. Вважаючи, що комутаційні перенапруги складуть не більше 20-30% від амплітудного лінійної напруги
За допустимому прямому середньому току вибір вентилів слід проводити з урахуванням необхідного запасу, тобто розраховане значення не повинно перевищувати 0,7 ¸ 0,8 допустимого
При виконанні завдання 2 вибір зустрічно-паралельного або перехресної схеми реверсивного перетворювача визначається числом комплектів вторинних обмоток перетворювального трансформатора, оскільки схема з'єднання обмоток трансформатора задана.
Для одного комплекту вторинних обмоток реверсивний перетворювач може бути виконаний тільки по зустрічно-паралельній схемі. Для двох комплектів вторинних обмоток перетворювального трансформатора реверсивний перетворювач виконують по перехресній схемі.
При спільному погодженому управлінні реверсивними вентильними групами перетворювача повинна бути передбачена установка роздільних дроселів (зрівняльних реакторів).
При роздільному управлінні реверсними вентильними групами реверсного перетворювача установка зрівняльних реакторів не потрібно.
Розрахунки при виконанні завдання 2 виконуються з використанням формул, наведених вище для завдання 1. Чинне фазна напруга U 2 схемної обмотки трансформатора слід визначати з виразу (1), беручи
Кут комутації, в залежності від схеми перетворювача, обчислюють за виразами (3) - (5).
Коефіцієнт Кп (q) пульсації випрямленої напруги для q - й гармоніки можна обчислити за виразом:
де Р - пульсность схеми перетворювача (число пульсацій випрямленої напруги за період мережі).
Вхідна характеристика веденого інвертора повинна бути побудована (і переважно будувати) у відносних одиницях.
Обмежувальну характеристику веденого інвертора слід будувати, використовуючи наступне аналітичний вираз:
або, у відносних одиницях,
де w - кругова частота мережі змінного струму. w = 2 p f (1/сек);
t в - паспортне час вимкнення обраного типу тиристора.
Обмежувальну характеристику веденого інвертора слід будувати на сімействі зовнішніх характеристик реверсивного перетворювача в області його роботи в інверторному режимі.
вибір згладжує фільтра випрямляча необхідно виробляти, з огляду на потужність випрямляча, а також характер і опір навантаження.
У потужних випрямлячах, коли P dH = U dH I dH порядку декількох кіловат і більше, необхідно використовувати індуктивний фільтр. Індуктивність фільтра визначається за виразом [1].
де R d-активний опір навантаження випрямляча (в потужних випрямлячах величина R d складає долі ома);
K п (1) - коефіцієнт пульсації випрямленої напруги на виході фільтра по першій гармоніці.
У випрямлячах малої потужності (на струми до 1 год 1,5 ампер) слід використовувати найпростіші ємнісні фільтри.
Для двухполуперіодний випрямлячів величина ємності згладжує конденсатора може бути обчислена за виразом
У випрямлячах при струмах навантаження більше 1А доцільно застосовувати
Г - образний індуктивно-ємнісний LC - фільтр.
Величина індуктивності
де
Величина ємності
де К ф - коефіцієнт фільтрації фільтра.
У тих випадках, коли опір навантаження випрямляча становить кілька тисяч Ом, слід використовувати Г - образний активно-ємнісний фільтр (RC) [1].
Величину активного опору r фільтра зазвичай беруть рівної
Якщо навантаження носить імпульсний характер, ємність вихідного конденсатора вибирати такий, щоб забезпечити необхідні параметри струму навантаження. Якщо задано допустиме спотворення імпульсу струму, виражене в допустимому зменшенні струму навантаження за час дії імпульсу
При використанні в якості одиниці вимірювання в формулах часу в секундах, струму - в амперах, напруги - у вольтах, ємність конденсатора буде обчислено в Фарадах.
Вибір уніфікованих елементів схем (вентилів, конденсаторів, дроселів) необхідно проводити з професійної довідковій літературі.
Питання самоперевірки з курсу "Енергетична електроніка"
1. Роль і призначення вентильних перетворювачів електроенергії.2. Випрямлення і інвертування електроенергії. Призначення та області застосування випрямлячів та інверторів.
3. Комутація вентилів природна і примусова. Приклади
4. Характеристики некерованих вентилів.
5. Характеристики керованих вентилів.
6. Вирівнювання струмів вентилів і напруги на вентилях.
7. Перенапруги на вентилях. Причини виникнення та способи захисту від них.
9. Примусова комутація тиристорів. Основні принципи та схеми.
10. Однополуперіодної схема випрямляча, що працює на активну і активно - індуктивне навантаження. Робота, характеристики і розрахунок.
11. Двухполуперіодний схема керованого випрямляча з нульовою крапкою (двофазна нульова), що працює на активне навантаження. Робота, характеристики і розрахунок.
12. Двухполуперіодний схема керованого випрямляча з нульовою крапкою (двофазна нульова), що працює на активно - індуктивне навантаження. Робота, характеристики і розрахунок.
13. Двухполуперіодний схема випрямляча з нульовою крапкою (двофазна нульова), що працює на ємнісне навантаження. Робота, характеристики і розрахунок.
14. Двухполуперіодний схема керованого випрямляча з нульовою крапкою (двофазна нульова), що працює на двигун постійного струму. Робота, характеристики і розрахунок.
15. Мостова однофазна схема керованого випрямляча, що працює на активне навантаження. Робота, характеристики і розрахунок.
16. Мостова однофазна схема керованого випрямляча, що працює на активно - індуктивне навантаження. Робота, характеристики і розрахунок.
17. Мостова однофазна схема випрямляча, що працює на ємнісне навантаження. Робота, характеристики і розрахунок.
18. Мостова однофазна схема керованого випрямляча, що працює на двигун постійного струму. Робота, характеристики і розрахунок.
19 Несиметричні схеми множення напруги. Робота, характеристики і розрахунок.
20 Симетричні схеми множення напруги. Робота, характеристики і розрахунок.
21. Трифазна схема керованого випрямляча з нульовою точкою, що працює на активне навантаження. Робота, характеристики і розрахунок.
22. Трифазна схема керованого випрямляча з нульовою точкою, що працює на активно - індуктивне навантаження. Робота, характеристики і розрахунок.
23. Шестифазну схема керованого випрямляча з зрівняльним реактором, що працює на активно - індуктивне навантаження. Робота, характеристики і розрахунок.
24. Трифазна мостова схема керованого випрямляча, що працює на активне навантаження. Робота, характеристики і розрахунок.
25. Трифазна мостова схема керованого випрямляча, що працює на активно - індуктивне навантаження. Робота, характеристики і розрахунок.
26. Трифазна мостова схема керованого випрямляча, що працює на двигун постійного струму. Робота, характеристики і розрахунок.
27. Інвертори, ведені мережею. Області застосування. Робота, характеристики і розрахунок.
28. Комутаційні процеси в потужних перетворювачах, викликані індуктивністю трансформатора. Вплив на характеристики перетворювачів.
29. Складні схеми випрямлячів. Призначення, області застосування та принципи побудови.
30. Реверсивні випрямлячі. Робота, характеристики і розрахунок.
31. Безпосередні перетворювачі частоти. Робота і характеристики
32. Стабілізатори напруги та струму. Класифікація та загальні характеристики.
33. Параметричні стабілізатори напруги та струму. Загальні характеристики та методи розрахунку.
34. Стабілізатори компенсаційні. Принципи побудови та основні структурні схеми. Загальні характеристики
35. Компенсаційні стабілізатори послідовного типу. Регулюючі елементи СН. Робота, характеристики і розрахунок.
36. Компенсаційні стабілізатори паралельного типу. Схеми порівняння та посилення СН. Робота, характеристики і розрахунок.
37. Компенсаційні стабілізатори послідовного типу в інтегральному виконанні. Переваги і недоліки, шляхи підвищення навантажувальної здатності СН.
38. Імпульсні стабілізатори. Основні характеристики.
39. Стабілізатори струму. Робота, характеристики і розрахунок.
40. Згладжують фільтри. Робота, основні характеристики та схеми, розрахунок.
41. Порядок розрахунку малопотужного випрямляча з ємнісним реакцією фільтра.
42. Порядок розрахунку малопотужного випрямляча з індуктивним реакцією фільтра.
43. Активні згладжують фільтри. Робота, характеристики і розрахунок.
44. Автономні інвертори. Призначення і принципи побудови.
45. Імпульсні регулятори постійного струму. Широтно-імпульсні і частотно-імпульсні способи регулювання.
46. Системи управління тиристорними перетворювачами. Горизонтальний спосіб управління. Формувачі імпульсів.
47. Системи управління тиристорними перетворювачами. Вертикальний спосіб управління.
48. Системи управління тиристорними перетворювачами. Цифровий спосіб управління.
Література
1. Руденко В.С. та ін. Промислова електроніка: Підручник / В.С. Руденко, В.Я. Ромашко, В. У Тріфонюк. -К.: Либідь, 1993. - 432с.2. Руденко В.С., Сенько В.І., Чиженко І.М. Перетворювальна техніка. - К.: Вища шк., 1983. - 431с.
3. Забродін Ю.С. Промислова електроніка. - М.: Вищ. шк., 1982. - 496с.
4. Напівпровідникові випрямлячі / Под ред. Ф.І. Ковальова і Г.П. Мостковой. - М.: Енергія, 1978. - 448с.
Програми
Додаток 1Система управління перетворювачами, веденим мережею.
[Руденко В.С., Сенько В.І., Чиженко І.М. Перетворювальна техніка. - К.: Вища шк., 1983.]
Система управління преосвітнім пристроєм, веденим мережею, призначена для формування імпульсів управління певної форми і тривалості, розподілу їх по фазах і зміни моменту подачі їх на електроди тиристорів.
Так як після відмикання тиристора ланцюг управління не робить впливу на його стан і він замикається тільки тоді, коли його анодний струм стає менше струму утримання, для управління тиристором достатні короткі імпульси.
Вимоги, що пред'являються до систем управління напівпровідникового перетворювача, визначаються типом вентиля, застосованого в перетворювачі, режимом роботи перетворювача (випрямний, інверторний, реверсивний, нереверсивний) та видом навантаження, на яку працює перетворювач.
Системи управління, в яких керуючий сигнал має форму імпульсу, а фаза цього імпульсу може регулюватися, називаються імпульсно-фазовими (СІФУ). Системи управління можуть бути синхронними і асинхронними
Основні вимоги до систем управління:
1. Достатня для надійного відкривання вентиля амплітуда напруги і струму керуючого імпульсу.
2. Висока крутизна фронту керуючих імпульсів.
3. Діапазон регулювання. Визначається типом перетворювача, режимом його роботи і характером навантаження.
4. Симетрія керуючих імпульсів по фазах. асиметрія зазвичай не повинна перевищувати 1,5 ... 2,5 °.
5. Тривалість імпульсу управління повинна бути такою, щоб за час його дії анодний струм тиристора досяг струму утримання.
6. Швидкодія СІФУ не повинно впливати на динаміку перетворювача
Асинхронні системи імпульсно-фазового управління
В асинхронних системах управління зв'язок у часі керуючих імпульсів з відповідними точками напруги живильної мережі відіграє допоміжну роль, наприклад, служить для обмеження мінімальних і максимальних значень кутів управління α. Самі ж керуючі імпульси одержують без синхронізації напругою мережі змінного струму.Необхідний кут α управління тарісторамі в асинхронних системах створюється як результат регулювання інтервалів між імпульсами (частоти їх слідування) у замкненій системі з перетворювачем або його навантаженням.
Принцип побудови асинхронної системи управління для трифазного мостового керованого випрямляча ілюструє функціональна схема.
Необхідні для цієї схеми шість вихідних каналів керуючих імпульсів з фазовим зрушенням між ними в сусідніх каналах в 60 про отримують від розподільника імпульсів РІ, запускається від провідного генератора ВГ регульованої частоти. Зміна частоти ВГ здійснюється напругою регулятора РF під дією напруги уставки і напруги датчика Д регульованого параметра (напруги чи струму перетворювача, частоти обертання якоря двигуна і т.д.). Сигналом датчика у схемі створюється параметру.
Завдяки наявності негативного зворотного зв'язку в схемі автоматично створюються кути управління α забезпечують відповідно до уставкою необхідні значення регульованого параметра перетворювача або його навантаження.
Асинхронні системи управління перетворювачами застосовують при істотних спотвореннях напруги живильної мережі, зокрема при значній несиметрії трифазних напруг за величиною і фазі. Використання в таких умовах синхронної системи є неможливим через получающейся неприпустимою асиметрії в кутах α по каналах керування тиристорами. Найбільш поширені асинхронні СУ в перетворювачах, які споживають потужність, порівнянну з потужністю живильної мережі.
Синхронні системи імпульсно-фазового управління
При синхронному способі імпульсно-фазового управління відлік кута подачі імпульсу управління проводиться від певної фази напруги мережі, яка живить перетворювач:де
Синхронний спосіб управління в даний час є загальноприйнятим і найбільш поширеним. Вони можуть бути одноканальні і багатоканальні.
У синхронних системах управління момент отримання керуючого імпульсу (тобто кут управління α) відраховується від деякої точки напруги мережі живлення (наприклад, від моменту його переходу через нуль). Така синхронізація від напруги живильної мережі здійснюється за допомогою генератора опорної напруги. Початок відліку кута α або збігається з моментом синхронізації, або зрушено щодо нього на певний постійний фазовий кут.
Горизонтальний метод управління
При горизонтальному методі управління формування керуючого імпульсу здійснюється в момент переходу синусоїдальної напруги через нуль, а зміна його фази забезпечується зміною фази синусоїдальної напруги, тобто зміщенням його по горизонталі.На рис.4.1, а наведена структурна схема одного каналу одноканальної системи управління, що використовує горизонтальний метод управління. Принцип роботи схеми полягає в наступному. Генератор змінного напруги ДПН виробляє синусоїдальна напруга, що знаходиться в певному співвідношенні фазовому з анодним напругою вентиля даного каналу (рис.4.1, б). Зазвичай при m 2 ³ 3 як змінної напруги беруть напруга відповідної фази мережі (для трифазної мостової схеми зсунутий на 90 ° щодо анодної напруги вентиля). З виходу мостового фазовращательного пристрої МФУ зрушене по фазі напруга надходить на формувач імпульсів ФІ, де в момент переходу синусоїди через нуль формується керуючий імпульс, який потім підсилюється підсилювачем потужності ВК. Кут зсуву фаз регулюється зміною напруги керування U у. ГПН і МФУ утворюють фазосдвигающей пристрій ФСУ.
Рис.4.1
Структурна схема горизонтальної системи управління (а) та діаграма, яка пояснює її роботу (б).
Горизонтальний метод управління не знайшов широкого розповсюдження, так як фазообертачі чутливі до зміни форми і частоти напруги, що подається, а застосування в якості регульованого активного опору транзисторів призводить до порушення симетрії формованих імпульсів. Останній недолік можна усунути, якщо застосувати загальне регульоване опір (транзистор) для всіх каналів.
Вертикальний метод управління
При вертикальному методі управління формування керуючого імпульсу виробляється в результаті порівняння на нелінійному елементі величин змінного, (синусоїдального, пилкоподібної, трикутного) і постійного напруг. У момент, коли ці напруги стають рівними і їх різниця змінює знак, відбувається формування імпульсу. Фазу імпульсу можна регулювати за рахунок змінюючи величину постійної напруги.фазосдвигающей пристрій при вертикальному методі управління складається з генератора змінного напруги і вузла порівняння.
Схема працює в такий спосіб. Генератор змінного напруги (ДПН) запускається при надходженні з синхронізатора (С) напруги в момент появи на тиристорах прямої напруги, тобто в точках природної комутації. З виходу ДПН напруга пилкоподібної форми надходить на пристрій порівняння (УС), де порівнюється з напругою управління u y. У момент порівняння пилкоподібної та керуючого напруг пристрій порівняння виробляє імпульс, який через розподільник імпульсів (РІ) надходить на формувач імпульсів ФІ 1 або ФІ 2 і далі через вихідні каскади (ВК 1, ВК2) на тиристори випрямляча.
Одноканальна система управління може бути виконана і для трифазного випрямляча. У одноканальних багатофазних системах пристрій порівняння, що входить до складу ФСУ, працює з частотою в m 2 разів більшою, ніж у багатоканальних системах, що вимагає в подальшому розподілу імпульсів управління по каналах. Генератор лінійно-змінюється напруги (ГЛИН) може бути виконаний або в одноканальному, або в багатоканальному варіанті. У розглянутій схемі, призначеної для трифазного мостового несиметричного випрямляча, ГЛИН виконаний в одноканальному варіанті. Схема працює в такий спосіб. ГЛИН запускається в моменти появи на тиристорах прямої напруги, тобто в точках природної комутації. Запуск ГЛИН забезпечується синхронізатором (С). З виходу ГЛИН пилкоподібну напруга подається на граничний пристрій (ПУ), яке спрацьовує при досягненні напруги пили значення U п. Напруга з виходу порогового пристрою через дифференцирующую ланцюг (ДЦ) надходить на схеми збігу (СС), куди також подається відповідний імпульс синхронізатора. При збігу імпульсів з виходу синхронізатора і диференціює ланцюга вихідний каскад ВК виробляє імпульс управління, що надходить на відмикання тиристора відповідної фази (рис.5.1, б). Зрушення імпульсу управління по фазі здійснюється шляхом зміни нахилу пилкоподібної напруги ГЛИН за допомогою керованого стабілізатора струму (УСТ). За таким же принципом може бути побудована і схема управління для трифазного мостового симетричного випрямляча.
У зв'язку з тим, що в системі управління, побудованій по вертикальному методом, формування імпульсу відбувається в момент порівняння змінного і постійного напруг, всяке спотворення форми кривої мережі живлення (генератора змінного напруги) буде призводити до погіршення роботи системи. Цей недолік можна усунути, застосовуючи як змінного напруга пилкоподібної або трикутної форми.
Системи управління, побудовані по вертикальному методом, в даний час знаходять широке поширення.
Таблиця 1. Вихідні дані для розрахунку випрямляча. Завдання № 1
| Показники | Варіанти (остання цифра номера залікової книжки) | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| 460 | 115 | 60 | 230 | 80 | 48 | 230 | 460 | 115 | 60 | |
| 200 | 100 | 300 | 100 | 200 | 160 | 300 | 100 | 200 | 200 | |
| 380 | 220 | 220 | 380 | 380 | 220 | 380 | 380 | 220 | 230 | |
Схема з'єднання обмоток | Варіанти (передостання цифра номера залікової книжки) | |||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |||
| Показники | Варіанти (остання цифра номера залікової книжки) | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| U dH, У | 230 | 115 | 460 | 660 | 230 | 460 | 230 | 660 | 115 | 230 |
| I dH, А | 20 | 25 | 15 | 20 | 50 | 45 | 60 | 25 | 45 | 55 |
| U K,% | 8 | 7 | 8 | 7 | 9 | 10 | 8 | 10 | 7 | 8 |
| a 1, ел. град. | 30 | 40 | 20 | 25 | 35 | 25 | 20 | 35 | 30 | 15 |
| a 2, ел. град. | 60 | 65 | 70 | 75 | 55 | 60 | 55 | 70 | 80 | 65 |
| a 3, ел. град. | 120 | 115 | 125 | 140 | 130 | 135 | 145 | 120 | 145 | 115 |
| Варіанти (передостання цифра номера залікової книжки) | ||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |||
| Показники | Варіанти (передостання цифра номера залікової книжки) | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| Пульсность схеми випрямляча | 6 | 3 | 3 | 2 | 6 | 6 | 2 | 3 | 2 | 2 |
| 18 | 24 | 36 | 12 | 60 | 15 | 20 | 24 | 15 | 9 | |
| I d. Max, А | 5 | 0,4 | 0,6 | 2,5 | 2 | 1,0 | 0,8 | 0,75 | 0,25 | 2,5 |
| I d. Min, А | 0,5 | 0,1 | 0,1 | 0,5 | 0,5 | 0,25 | 0,2 | 0,25 | 0,05 | 0,5 |
| Показники | Варіанти (остання цифра номера залікової книжки) | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| До п (1),% | 0.08 | 0.05 | 0.2 | 0,15 | 0.09 | 0.10 | 0,05 | 0,1 | 0,05 | 0,1 |
| До ії,% | 1,5 | 1,0 | 2,0 | 1,5 | 2,5 | 1,5 | 2,0 | 1,0 | 2,5 | 2,0 |
| t і, мс | 2 | 3 | 1 | 1,5 | 2 | 3 | 1.5 | 3 | 2.5 | 1 |