Однофазный инвертор напряжения
Проектирование полупроводникового преобразователя электрической энергии - однофазного автономного инвертора напряжения. Сведения об автономных инверторах напряжения. Схема электрическая принципиальная и функциональная силовой части преобразователя.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.06.2017 |
| Размер файла | 863,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
29
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
"Национальный исследовательский Томский политехнический Университет"
Институт электронного обучения
13.03.02 "Электроэнергетика и электротехника"
Курсовая работа
Однофазный инвертор напряжения
по дисциплине:
Силовая электроника
Томск - 2017
Техническое задание
1. Тема проекта: Однофазный автономный инвертор напряжения (АИН).
2. Исходные данные:
Напряжение питания - 24 В;
Мощность нагрузки 500 Вт;
Напряжение нагрузки - 115 В;
частота fн=400 Гц.
3. Требования:
Конечным результатом проекта является принципиальная электрическая схема устройства, которая входит в графическую часть проекта и в составленный на её основе перечень элементов силовой части (спецификацию), включённый в качестве Приложения в расчётно-пояснительную записку.
Система управления и защиты может быть выполнена на уровне функциональной схемы.
Оглавление
- Техническое задание
- Введение
- 1. Анализ вариантов технических решений
- 1.1 Общие сведения об инверторах напряжения
- 1.2 Анализ вариантов решения задачи
- 2. Разработка схемы электрической принципиальной силовой части преобразователя
- 3. Разработка схемы электрической функциональной системы управления
- 4. Расчет и выбор элементов в силовой части преобразователя
- Заключение
- Список использованной литературы
Введение
В данном курсовом проекте проектируется полупроводниковый преобразователь электрической энергии - однофазный автономный инвертор напряжения. Инвертор является устройством, противоположным выпрямителю, т.к. он преобразует напряжение постоянного тока в разно полярное напряжение прямоугольной или синусоидальной формы.
Автономный инвертор - устройство, преобразующее постоянный ток в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работающий на автономную (не связанную с сетью переменного тока) нагрузку. Нагрузкой автономного инвертора может быть единичный потребитель (асинхронный двигатель, электрическая установка) или разветвленная сеть потребителей (несколько нагрузок, работающих по своему графику). Основой автономного инвертора является вентильное переключающее устройство, которое может выполняться по однофазным или трехфазным схемам (с нулевым выводом или мостовым).
Особенностью автономных инверторов напряжения является то, что источник питания, который подключается на вход инвертора, работает в режиме источника напряжения (например, аккумуляторная батарея), чем и обусловливается название инверторов этого типа. Формирования кривой выходного напряжения осуществляется путем использования соответствующего закона (алгоритма) переключения силовых ключей.
1. Анализ вариантов технических решений
1.1 Общие сведения об инверторах напряжения
Инвертор является устройством, противоположным выпрямителю, т.к. он преобразует напряжение постоянного тока в разно полярное напряжение прямоугольной или синусоидальной формы [1].
Для формирования двух полярного напряжения необходимо определенным образом управлять ключевыми элементами. Обеспечить стабилизацию (регулирование) напряжения на выходе инвертора можно изменением длительности импульсов управления ключами в зависимости от дестабилизирующих факторов.
Рисунок 1 - Временные диаграммы работы инверторов (S - коммутирующие элементы)
На рисунке 2 представлена принципиальная схема транзисторного инвертора напряжения с насыщающимся трансформатором, где R1, R2 - создают смещение на базе транзисторов VT1 и VT2, работающих в ключевом режиме, конденсатор C - обеспечивает прохождение переменной составляющей напряжения обратной связи, обмотки WOC1, WOC2 - образуют цепь положительной обратной связи (ПОС) по напряжению для этого они включены согласно по отношению к обмоткам силового контура W11, W12.
Запуск схемы обеспечивается за счет асимметрии плеч инвертора (транзисторы VT1, VT2 имеют различные ВАХ). Иногда приходится делать принудительный запуск схемы в момент включения, если асимметрия недостаточна для первоначального пуска.
Рисунок 2 - Схема и временные диаграммы транзисторного инвертора напряжения с насыщающимся трансформатором
При преобладании коллекторного тока в полу обмотке W11 за счет разностного тока формируется ЭДС с полярностью, указанной красным цветом на рисунке. На выходе инвертора напряжения имеет место положительный сигнал прямоугольной формы. За счет обмотки ПОС происходит при открывание VT1 и при закрывание VT2. Нарастание коллекторного тока IК1 имеет лавинообразный характер, которое прекращается при заходе в область насыщения транзистора или трансформатора. Скорость изменения потока (Ф0) снижается и происходит смена полярности ЭДС во всех обмотках трансформатора T, приоткрывается транзистор VT2 и процессы повторяются. Частота преобразования инвертора определяется выражением:
.
С увеличением тока нагрузки происходит уменьшение частоты преобразования за счет увеличения потерь на транзисторных ключах. Если рассматривать реальные процессы, то к концу полупериода работы инвертора напряжения происходит "спад" вершины импульса U2 за счет влияния цепи намагничивания на величину коллекторного тока, что приводит к значительным потерям на силовых ключах. В моменты коммутации ключей возникает переходной процесс, обусловленный индуктивностью рассеяния и емкостью коллекторного перехода транзистора. В начале импульса U2имеет место "дребезг" сигнала [3].
При работе инвертора напряжения на выпрямитель в момент прохождения U2 через ноль появляется коммутационная задержка, обусловленная влиянием выпрямителя. Для ее ослабления источник напряжения U1 шунтируется полупроводниковыми диодами по отношению к нагрузке, т.к. в момент переключения диодов (tвыкл>tвкл) все диоды моста включены.
Транзисторный инвертор с самовозбуждением с коммутирующим трансформатором приведен на рисунке 3.
однофазный инвертор напряжение преобразователь
Рисунок 3 - Схема транзисторного инвертора с самовозбуждением с коммутирующим трансформатором
Силовой трансформатор T2 работает в линейном режиме, за счет этого повышается КПД устройства, трансформатор T1 является коммутирующим и работает с насыщением. Транзисторы VT1, VT2работают в ключевом режиме.
Преобладание тока IK1, за счет ПОС приводит к лавинному нарастанию этого тока и увеличивается падение напряжения на RОС, что влечет уменьшение ЭДС в первичной цепи трансформатора T1. При заходе трансформатора в область насыщения происходит переключение транзисторов. Достоинством данной схемы является высокий КПД, к недостаткам относится сильная зависимость частоты преобразования от тока нагрузки (увеличение Iн приводит к росту частоты из-за возрастания скорости переключения транзисторных ключей).
Мостовая схема инвертора напряжения (рисунок 4) применяется на больших мощностях при повышенном уровне напряжения источника питания. Сигналы управления X1…X4 поступают таким образом, что в каждом полупериоде два транзистора включены, а два других выключены.
Рисунок 4 - Мостовая схема инвертора напряжения
Существует два алгоритма управления ключевыми элементами инвертора напряжения: симметричный и несимметричный. На рисунке приведены временные зависимости токов и напряжений для этих двух алгоритмов. Рассмотрим принцип действия инвертора при симметричном алгоритме управления (рисунок 5).
Рисунок 5 - Временные диаграммы при различных алгоритмах управления
При подаче управляющих импульсов X1, X4 на транзисторы VT1, VT4 на интервале времени [t3; t4] ток протекает по контуру:
"+" U1; коллектор - эмиттер VT1; обмотка трансформатора (T) в первичной цепи; коллектор - эмиттер VT4;
"-" U1. На этом же интервале накапливается реактивная энергия в цепи намагничивания трансформатора T, происходит плавное нарастание тока в первичной цепи по экспоненциальному закону.
На интервале [t4; t5] осуществляется рекуперация энергии в источник U1 через обратные диоды по контуру:
"+" ЭДС (E1); VD3; противоположное направление по отношению к U1; VD2;
"-" E1. Тока источника спадает до нуля.
В плече моста инвертора напряжения достаточно управлять одним ключом для осуществления стабилизации напряжения на выходе инвертора (U2), другой ключ можно удерживать в открытом состоянии, что исключает воздействие инвертора на входной источник. Рассмотрим принцип действия инвертора при несимметричном алгоритме управления [2].
На интервале времени [t0; t2] за период работы второго и третьего ключей в цепи намагничивания трансформатора T накопилась реактивная энергия. На интервале [t2; t3] происходит рекуперация энергии в нагрузку по контуру:
"+" ЭДС (E1); VD1; коллектор - эммитер VT3;
"-" E1.
Если на данном интервале ток I1 не снизился до нуля (т.е. ток не поменял свой знак), то на интервале [t3; t4] энергия передается в источник по контуру:
"+" ЭДС (E1); VD1; противоположное направление по отношению к U1; VD4;
"-" E1, при этом образуется "полочка" в форме напряжения U2.
Транзисторный инвертор с емкостным делителем напряжения (полумостовой инвертор) приведен на рисунке 6.
Рисунок 6 - Полумостовой инвертор
Принцип работы схемы заключается в поочередном подключении транзисторами VT1, VT2 первичной обмотки трансформатора к конденсаторам С1, С2. На интервале времени [t2; t3] происходит заряд конденсатора С1 по цепи: "+"; U1; С1; обмотка трансформатора первичной цепи W1; коллектор - эмиттер VT2; "-" U1. На этом же интервале происходит разряд конденсатора С2 по цепи: "+" С2; обмотка трансформатора первичной цепи W1; коллектор - эмиттер VT2; "-" U1.
К достоинствам схемы инвертора можно отнести: малые потери в силовой цепи за счет коммутации одного ключа на каждом такте работы схемы. За счет конденсаторов поддерживается баланс токов в схеме за период работы, что исключает возникновение асимметричного режима намагничивания трансформатора. Кроме того, в этой схеме малый уровень обратного напряжения на ключах, поэтому схема может использоваться при высоких входных напряжениях.
Однотактный транзисторный инвертор напряжения с передачей энергии на прямом ходе показан на рисунке 7.
Рисунок 7 - Транзисторный инвертор с передачей энергии на прямом ходе
При подаче управляющего сигнала (UУПР) на базу транзистора VT1 в первичной цепи трансформатора появляется ток. Контур его протекания:
"+" Uвх; обмотка трансформатора в первичной цепи; коллектор - эмиттер VT1;
"-" U1. На интервале импульса происходит передача энергии в нагрузку через выпрямительный диод VD1 и накопление реактивной энергии в дросселе сглаживающего фильтра L.
На интервале паузы (1-KЗ) T осуществляется рекуперация энергии дросселя L через обратный диод VD2 в нагрузку, конденсатор С дополнительно сглаживает пульсации.
К достоинствам схемы относятся: простота силовой цепи и системы управления, дешевизна конструкции. отсутствие режима сквозных токов.
Недостатки: ограничения на максимальное значение коэффициента заполнения импульсов KЗ, большие габариты сглаживающего фильтра, одностороннее намагничивание сердечника трансформатора.
Транзисторный инвертор с передачей энергии на обратном ходе показан на рисунке 8.
Рисунок 8 - Транзисторный инвертор с передачей энергии на обратном ходе
При подаче управляющего сигнала на базу транзистора VT1 происходит накопление реактивной энергии E в цепи намагничивания трансформатора T1. Ток в цепи намагничивания трасформатора протекает по контуру: "+" Uвх; обмотка трансформатора первичной цепи; коллектор-эмиттер VT1; "-" U1. При этом выпрямительный диод VD1 закрыт, конденсатор фильтра разряжается в нагрузку. На интервале паузы происходит передача энергии намагничивания в нагрузку через выпрямительный диод VD1.
К достоинствам схемы относятся: простота силовой цепи и системы управления, дешевизна конструкции, отсутствие режима сквозных токов.
Недостатки: ограничения на максимальное значение коэффициента заполнения импульсов KЗ, большие габариты сглаживающего фильтра, одностороннее намагничивание сердечника трансформатора.
1.2 Анализ вариантов решения задачи
Произведем обоснование выбора однофазного инвертора напряжения.
Однофазная мостовая схема транзисторного автономного инвертора напряжения, являющаяся одной из самых распространенных схем такого типа, особенностей структуры схем и электромагнитных процессов в них. Схема однофазного мостового транзисторного инвертора напряжения показана на рисунке 9 [1].
Рисунок 9 - Схема однофазного мостового транзисторного инвертора напряжения
Рассмотрим работу схемы инвертора при симметричном управлении, то есть при условии, что транзисторы VT1, VT2 включаются одновременно и находятся во включенном состоянии 180 градусов по частоте выходного напряжения, а транзисторы VT3, VT4 тоже включаются одновременно, но со сдвигом по фазе на 180 градусов по отношению к первой паре транзисторов.
Временные диаграммы работы однофазного инвертора показаны на рисунке 9. При включении транзисторов VT1, VT2 точка b схемы подключается к положительному зажиму источника питания, а точка a к отрицательному. При этом в нагрузке нарастает ток i2 в направлении, указанном на схеме, причем эдс самоиндукции в этом случае препятствует увеличению тока в контуре. В момент и = р транзисторы VT1, VT2 выключаются и контур тока нагрузки размыкается. Однако, благодаря энергии запасенной в индуктивности нагрузки, ток нагрузки поддерживается за счет ЭДС самоиндукции, при этом знак этой ЭДС меняется на обратную, что приводит к включению диодов VD3, VD4. При включении диода VD3 точка a схемы подключается к положительному зажиму источника питания, а точка b - к отрицательному. Таким образом, полярность напряжения на нагрузке меняется на обратную, независимо от того, включены ли транзисторы VT3, VT4 или нет. На этом интервале ток нагрузки протекает от индуктивности нагрузки через диод VD3, через источник Ed в обратном направлении и через диод VD4 в нагрузку. При этом обеспечивается сброс энергии, запасенной в индуктивности нагрузки, обратно в источник питания. Поэтому диоды, включенные в схеме инвертора параллельно силовым транзисторам, называются обратными диодами. Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы к моменту спада тока нагрузки до нуля, транзисторы VT3, VT4 были включены, что обеспечивает повторение всех процессов с другой полярностью тока. На рисунке 10 (а) обозначены интервалы проводимости силовых полупроводниковых приборов:
л1 - интервал проводимости диодов VD1. VD2;
л2 - интервал проводимости транзисторов VT1, VT2;
л3 - интервал проводимости диодов VD3, VD4;
л4 - интервал проводимости транзисторов VT3, VT4.
Рисунок 10 - Временные диаграммы работы однофазной мостовой схемы инвертора напряжения
На рисунке 10 (б) представлена кривая входного тока инвертора, которая показывает, что в течение первой полуволны выходного напряжения кривая входного тока совпадает с кривой тока нагрузки, в момент изменения полярности выходного напряжения кривая входного тока претерпевает разрыв и в течение второй полуволны выходного напряжения кривая входного тока повторяет кривую тока нагрузки, но с обратной полярностью. Среднее значение входного тока Id определяет активную мощность, отбираемую от источника питания. Разрывный характер кривой входного тока инвертора предъявляет жесткие требования к выходному сопротивлению источника питания, особенно в области высоких частот. Поэтому в реальных схемах на входе АИН устанавливается ёмкостный фильтр, который на рисунке 8 показан пунктиром. На рисунке 10 (в, г, д) показаны кривые напряжения между коллектором и эмиттером транзистора VT1, тока транзистора VT1 и тока обратного диода VD1, соответственно. После окончания процессов коммутации эти напряжения равны напряжению источника питания Ukm = Ubm = Ed.
Как следует из анализа кривой коллекторного напряжения силового транзистора, напряжение на коллекторе транзистора при выключении нарастает непосредственно после окончания интервала проводимости, фактически, при наличии полного тока нагрузки в силовом ключе. Таким образом, нормальная работа схемы возможна лишь при использовании полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов, обеспечивающих возможность принудительной коммутации тока. Работу схемы управления рассмотрим в разделе 3.
2. Разработка схемы электрической принципиальной силовой части преобразователя
Исходя из проведенного анализа и сделанных выводов, схема электрическая принципиальная однофазного инвертора напряжения приведена на рисунке 11.
Рисунок 11 - Принципиальная схема АИН
Исходным материалом для разработки СЭП являются общая структура инвертора и схематические решения отдельных ее звеньев, полученных в результате проведенного анализа вариантов технических решений.
Для обеспечения работоспособности проектируемого преобразователя выбираем элементы, с помощью которых осуществляется защита схем от короткого замыкания и перегрузки: датчик тока (схема защиты будет разработана далее).
Поясним принцип работы системы. На рисунке 12 представлены временные диаграммы работы инвертора. Здесь на участке и1-и2, открыты транзисторы T1 - T3 и ток протекает от источника питания в нагрузку. В точке и2 транзисторы T1 - T3 выключаются, а включаются транзисторы T2 - T4, и реактивная энергия, накопленная в магнитном поле Lн, сбрасывается в источник питания через диоды B2 - B4 на интервале и2 - и3. И только в точке и3 потечет ток от источника питания в нагрузку в противоположном направлении [10].
Рисунок 12 - Временные диаграммы работы
3. Разработка схемы электрической функциональной системы управления
Разработка системы защиты и управления автономным инвертором производится согласно рекомендациям [10]. Системы управления автономными инверторами должны обязательно содержать в себе задающий генератор, обеспечивающий фиксированную, стабильную частоту выходного напряжения. На рисунке 13 представлена система управления разработанным автономным инвертором.
Рисунок 13 - Структурная схема системы управления АИН
Здесь задающий генератор (ЗГ) представляет собой неуправляемый генератор импульсов, выходная частота которого в 2 раза превышает требуемую выходную частоту инвертора. Импульсы с задающего генератора поступают на распределитель импульсов (РИ), который, во-первых, распределяет эти импульсы по 2 каналам, в результате чего частота их в каждом канале снижается в 2 раз и становится равной выходной частоте генератора.
В транзисторных инверторах длительность управляющих импульсов равна длительности открытого состояния транзисторов (в остальную часть периода транзистор должен быть надежно заперт или источником запирающего напряжения, или управляющим импульсом обратной полярности). Временные диаграммы, поясняющие работу схемы управления приведены на рисунке 14.
Рисунок 14 - Временные диаграммы поясняющие работу системы управления АИН
В общем случае защита полупроводниковых преобразователей может осуществляться при помощи быстродействующих предохранителей и автоматических выключателей в сочетании с бесконтактными способами защиты, использующими естественную способность тиристоров восстанавливать свою запирающую способность при снижении прямого тока до нуля. В качестве схемы защиты применяем полуволновой метод, так называется ввиду того, что предельным временем срабатывания таких устройств является половина периода напряжения питающей сети.
Этот метод нельзя применять в инверторах, построенных на тиристорах из-за вероятности их опрокидывания. Но, так как в качестве ключевых элементов выбраны транзисторы, для запирания которых достаточно снять управляющее воздействие. Схема защиты приведена на рисунке 15, а.
Потенциометром Rу можно регулировать уровень напряжения управления от нуля до максимального значения, определяемого амплитудой напряжения, при котором система управления полностью запирается и формирования импульсов управления не происходит. В случае возникновения аварийного режима сигналом с датчика тока включается тиристор защиты Tз и подаёт на вход системы управления запирающее напряжение, действием которого формирование импульсов управления прекращается. В преобразователях переменного тока датчики тока обычно строятся с использованием трансформаторов тока. Схема такого датчика представлен на рисунке 15, б. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора тока TT, пропорциональное току в нагрузке преобразователя, выпрямляется и с потенциометра R поступает в схему защиты.
а б
Рисунок 15 - Схема защиты транзисторного АИН (а) и схема преобразователя тока
4. Расчет и выбор элементов в силовой части преобразователя
В качестве силовой схемы однофазного инвертора напряжения примем мостовой однофазный транзисторный инвертор напряжения, выполненный на IGBT-транзисторах. Его схема представлена на рисунке 16.
Рисунок 16 - Мостовой однофазный инвертор напряжения
В разрабатываемой схеме противофазно переключаются VT1 и VT2. Вследствие того, что при закрывании ранее открытого транзистора (например, VT1) имеется интервал времени рассасывания и спада, VT1 закрывается дольше, в сравнении с открывающимся VT2, следовательно, есть небольшой интервал времени (доли мкс), когда VT2 уже открылся, а VT1 еще открыт, протекает сквозной ток. Подобные обстоятельства можно отнести к любым ключам, в том числе и к MOSFET, IJBT. Для исключения этого сквозного тока необходимо в электронной схеме управления ключами применять элементы задержки, которые задерживают открывание ранее закрытых ключей (для данного случая VT2, но также и VT1, когда он открывается), следовательно, образуется интервал времени (десятые доли мкс), когда VT1 закрылся, а VT2 еще не открылся, т.е. оба они закрыты, что недопустимо, так как действует закон сохранения тока в цепях с индуктивностью и ЭДС самоиндукции может выжечь закрывающийся ключ. Для предотвращения этого включают диоды VD1, VD2, VD3, VD4.
Второй сквозной ток протекает по цепи E VT1-VD2-земля (против направления VD2). Объяснение причин этого тока в следующем. Если диод не быстродействующий, то пара VT1 - VD2 может выгореть. Для предотвращения этого последовательно с VD2, VD4 ставят дроссели. Эти дроссели с малой индуктивностью практически не влияют на импульсные процессы усиления, но замедляют фронт нарастания сквозного тока, предотвращают выжигание.
Произведем расчёт силовой части. Расчет ведем по методике [10]. Исходные данные:
1. Uпит = 24 В;
2. Sн = 500 Вт;
3. Uн = 115 В;
4. fн=400 Гц.
Мощность на нагрузке должна составлять 500 Вт. Т.к. трансформатор не идеален в нем происходят потери (перемагничивание сердечника и т.п.). Примем КПД трансформатора з = 90%, тогда подаваемая мощность и соответственно мощность трансформатора:
Pт = Pн / з = 500/0,9 = 550 ВА.
Полный ток:
Iн = Pт / Uн;
Iн = 550/115 = 4,78 А.
Полное сопротивление:
Zн = Uн / Iн;
Zн = 115/4,78 = 24,06 Ом.
Активное сопротивление (cosц принимаем равным 0,8):
Rн = Zн · cosц = 24,06 · 0,8 = 19,25 Oм.
Реактивное сопротивление:
sinІ ц = 1 - cosІ ц.
sinІ ц = 0,36;
sinц = 0,6;
Хн = Zн · sinц = 24,06 · 0,6 = 14,44 Ом.
Максимальное значение тока силовых вентилей
В соответствии с полученными данными выбираем IGBT - Транзистор IRGB4061DPBАF [11]:
Корпус ТО-220 АВ;
U = 600 В;
Ic (25°C / 100°C) = 36 A / 18 А;
Pd = 206 Вт;
Выбираем диод КД202Д [6]:
I пр. cр. max = 5 A;
Uобр. и. п. max = 200 В;
f max = 5 кГц.
Произведем расчёт трансформатора:
Исходные данные:
1. Рн=500 Вт
2. Uпит = 24 В
3. Uн = 115 В
4. Iн = 27,9 А
5. fн = 400 Гц
Определим действующие значения токов и амплитуды напряжений первичной и вторичной обмотки трансформатора:
U1 =24 В; U2 = 105 В;
Ктр = 115/24 = 4,8.
I1 = Ктр · IНmax · vгmax = 4,8 · 4,78 · = 21,76 A;
I2 = IНmax · vгmax = 4,78 · = 4,53 A
Рассчитаем габаритную мощность трансформатора:
Выбор типоразмера магнитопровода. Так как режим работы трансформатора двухтактный положим индукцию В равную 0.2 Тл, а плотность тока на частоте 15 кГц - 3.5 А/ мм2.
Рассчитаем произведение площади окна на площадь сечения для выбора магнитопровода из стандартного ряда.
Sок·Sс= 100·Рг/4·Кф·j·B·F·Кс·Ко
Sок·Sс= 100·694/4·1·3.5·0.2·400·1·0.3 = 206 см4.
Где Soк - площадь окна сердечника магнитопровода (см2);
Sc - поперечное сечение сердечника (см2);
Рг - габаритная мощность трехобмоточного трансформатора;
Кф - коэффициент формы напряжения (для прямоугольного сигнала - 1);
Кс - коэффициент заполнения сердечника сталью к=1;
j - Плотность тока в обмотках трансформатора (примем j = 3.5А/мм2)
Ко - коэффициент заполнения окна сердечника медью (для проводов круглого сечения в пределах от 0,2 до 0,35), примем Ко = 0,3
В - индукция в магнитопроводе, примем В = 0,2Тл
Выбираем сердечник EC56 [11], параметры которого:
= 22,1 см2, = 12,3 см2, = 271,8 см4
Электрический расчет.
Wo = 104/4·Кф·В·F·Sc·Кс = 104/4·1·0,2·400·22,1·1= 1,41 вит/В.
Принимаем падение напряжения на обмотках 2%, рассчитаем количество витков обмоток.
W1 = W0·0,98·U1 = 1,41·0,98·24 = 33 витка.
W2 = W0·0,98·U2 = 1,41·0,98·115 = 159 витков.
Определяем диаметр проводов обмоток трансформатора (без учёта толщины изоляции):
;
;
;
Для первичной обмотки выбираем два проводника в жгуте ПЭВ1 с параметрами: номинальный размер диаметра провода без изоляции - 1,44 мм, расчетное сечение 1,63, с изоляцией - 1,61 мм.
Для вторичной обмотки выбираем ПЭВ1 с параметрами: номинальный размер диаметра провода без изоляции - 1,31 мм, расчетное сечение 1,3, с изоляцией - 1,36 мм.
Приближенно проверим на вместимость обмоток в окно сердечника.
Площадь первичной обмотки:
Площадь вторичной обмотки:
Коэффициент укладки:
Обмотки трансформатора входят в окно магнитопровода.
Заключение
В курсовом проекте разработана схема электрическая принципиальная однофазного автономного инвертора напряжения. В основу был взят однофазный мостовой инвертор.
В проекте приведены обоснования и расчёты силовой части, а так же применилась замкнутая система управления для обеспечения стабилизации выходного напряжения. Подобрана система защиты на основе потенциометра для регулирования большего или меньшего напряжения.
По результатам анализа полученных результатов можно сделать вывод о том, что разработанная схема полностью удовлетворяет ТЗ.
Список использованной литературы
1. Петрович В.П. Силовая электроника: учеб. пособие / В.П. Петрович, А.В. Глазачев. - Томск: Изд-во ТПУ, 2013. - 207 с.
2. Кобзев А.В., Коновалов Б.И., Семенов В.Д. Энергетическая электроника: учеб. пособие. - Томск: Изд-во ТУСУРа, 2003. - 172 с.
3. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. - М: Техносфера, 2015. - 632 с.
4. Мишуров В.С., Семенов В.Д. Энергетическая электроника: учеб. - метод. пособие. - Томск: ТМЦДО, 2007. - 174 с.
5. Справочник: Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутирующие устройства РЭА. Под ред. Акимова Н.Н., Ващукова Е.П. Мн: Беларусь, 1994. - 591 с.: ил.
6. Справочник: Диоды. Под ред. Григорьева О.П., Замятина В.Я. М.: Радио и связь, 1990.
7. Конденсаторы: Справочник/ Четвертков И.И. и д. р. - М.: Радио и связь, 1993. - 392с.: ил.
8. Резисторы: Справочник/ Дубровский В.В. и д. р. - М.: Радио и связь, 1991. - 528с.: ил.
9. Герман-Галкин С.Г., Широтно-импульсные преобразователи. - Л.: Энергия, 1979. - 096 с.: ил.
10. Петрович В.П. Силовые преобразователи электрической энергии / В.П. Петрович, Н.А. Воронина, А.В. Глазачев. - Томск: Изд-во ТПУ, 2009. - 239 с.
11. chipdip.ru.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Схема преобразователя частоты и выбор элементов его защиты. Расчёт параметров выпрямителя, его силовой части и параметров силового трансформатора. Анализ функционирования систем управления управляемым выпрямителем и автономным инвертором напряжения.
курсовая работа [1015,1 K], добавлен 29.06.2011Этапы расчета полупроводникового преобразователя электрической энергии. Знакомство с недостатками широтно-импульсного преобразователя: высокие требования к динамическим параметрам вентилей, широкополосный спектр преобразованных напряжений и токов.
дипломная работа [842,5 K], добавлен 02.05.2013Назначение и классификация трансформаторов напряжения, маркировка их обмоток и основные параметры. Элементы и условия эксплуатации трансформатора напряжения однофазного с естественным масляным охлаждением, технические характеристики и схемы его моделей.
контрольная работа [1,6 M], добавлен 03.03.2014Длительность провала напряжения. Роль провалов напряжения для улучшения качественных характеристик сети. Оценка коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности. Повышение коэффициента мощности электрической тяги переменного тока.
контрольная работа [215,0 K], добавлен 18.05.2012Показатели качества электроэнергии. Причины, вызывающие отклонения параметров сети от номинальных значений. Отклонение напряжения и его колебания. Отклонение фактической частоты переменного напряжения. Несинусоидальность формы кривой напряжения и тока.
контрольная работа [153,4 K], добавлен 13.07.2013Анализ вариантов технических решений по силовой части преобразователя. Разработка схемы электрической функциональной системы управления. Способы коммутации тиристоров. Математическое моделирование силовой части. Расчет электромагнитных процессов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 05.06.2013Выбор силовых полупроводниковых приборов проектируемого выпрямителя. Расчет и выбор элементов пассивной защиты силовых приборов от аварийных токов и перенапряжений и сглаживающего дросселя. Расчет генератора развертываемого напряжения и компаратора.
курсовая работа [732,8 K], добавлен 10.01.2017Расчёт и выбор элементной базы силовой схемы вентильного преобразователя. Построение регулировочных и внешних характеристик вентильного преобразователя. Разработка электрической схемы для управления силовыми полупроводниковыми ключами преобразователя.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 12.07.2012Особенности управления электродвигателями переменного тока. Описание преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока на основе автономного инвертора напряжения. Динамические характеристики САУ переменного тока, анализ устойчивости.
курсовая работа [619,4 K], добавлен 14.12.2010Определение максимального и минимального значений выпрямленного сетевого напряжения, диаграммы работы преобразователя. Выбор выпрямительных диодов, трансформатора, транзистора, выпрямителя и элементов узла управления. Расчет демпфирующей цепи и КПД.
курсовая работа [392,9 K], добавлен 18.02.2010Выбор структурной схемы системы электропитания, марки кабеля и расчет параметров кабельной сети. Определение минимального и максимального напряжения на входе ИСН. Расчет силового ключа, схемы управления, устройства питания. Источник опорного напряжения.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 24.06.2011Сведения об источниках электропитания. Структурные схемы стабилизированных источников электропитания. Неуправляемые выпрямительные устройства. Импульсные, нерегулируемые транзисторные преобразователи напряжения. Транзисторы силовой части преобразователя.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 27.04.2010Параметры и элементы силовой цепи электропривода: электродвигатель, согласующий трансформатор. Принципиальная схема силовой части электропривода. Внешняя и регулировочная характеристика тиристорного преобразователя, система импульсно-фазового управления.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 12.01.2011Проектирование электрической части подстанции 220/35. Выбор мощности силовых трансформаторов; марки проводов питающих линий, выключателей и коммутирующих устройств-разъединителей, шин, опорных изоляторов. Принципиальная электрическая схема подстанции.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 09.12.2014Варианты схем электрических сетей, их технический анализ. Электрическое оборудование для осуществления надёжного электроснабжения потребителей. Энерго-экономическая характеристика района. Методы регулирования напряжения. Изменение потерь напряжения.
курсовая работа [540,7 K], добавлен 22.08.2009Разработка и моделирование устройства, позволяющего с заданной точностью формировать на выходе синусоидальное напряжение 22/38-220/380 В и частотой 5-50 Гц. Основные элементы исследования: трехфазный инвертор напряжения, микроконтроллер mc68hc908mr32.
дипломная работа [773,6 K], добавлен 08.03.2011Выбор элементов пассивной защиты силовых приборов от аварийных токов и перенапряжений. Выбор типов аналоговых и цифровых интегральных микросхем. Полная принципиальная схема выпрямителя и перечень элементов к ней. Регулировочная характеристика выпрямителя.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 27.05.2012Принципиальная схема источника напряжения ВС 4-12 – стандартная, доработанная. Принципиальная схема защитного устройства выпрямителя от перегрузок по току. Выбор типа транзисторов и минимального сопротивления резисторов.
реферат [54,3 K], добавлен 19.03.2007Этапы и методы проектирования районной электрической сети. Анализ нагрузок, выбор оптимального напряжения сети, типа и мощности силовых трансформаторов. Электрический расчёт варианта сети при максимальных нагрузках. Способы регулирования напряжения.
методичка [271,9 K], добавлен 27.04.2010Назначение исследовательского стенда двухмассовой системы электропривода, характеристика конструкции. Особенности принципиальной электрической схемы автономного инвертора напряжений. Принципиальная электрическая схема системы управления электроприводом.
дипломная работа [4,5 M], добавлен 10.07.2013
