Расчет управляемого выпрямителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СОООБЩЕНИЯ

ЗАБАЙКАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА (ЗабИЖТ ИрГУПС)

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: «Электронная техника и преобразователи ЭПС»

На тему: «Расчёт управляемого выпрямителя»

Выполнил:

Стексов Д.В.

Проверил:

Овсейчик С.З.

Чита 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЯ И СИЛОВАЯ СХЕМА

2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ВЫПРЯМИТЕЛЕ И ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ

2.1 Расчёт угла сетевой коммутации диодных плеч выпрямителя

2.2 Расчёт угла фазовой коммутации тиристорных плеч выпрямителя

2.3 Расчёт амплитудного значения ЭДС вторичной обмотки трансформатора

2.4 Расчёт коэффициента трансформации трансформатора

2.5 Расчёт действующего значения тока вторичной обмотки трансформатора

2.6 Расчёт действующего значения тока первичной обмотки трансформатора

3. РАСЧЁ ТКОММУТАЦИИ ВЕНТИЛБНЫХ ТОКОВ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

3.1 Расчёт изменений токов диодных плеч во время сетевой коммутации

3.2 Расчёт изменений токов тиристорных плеч во время фазовой коммутации

4. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

4.1 Расчёт и построение внешних характеристик выпрямителя

4.2 Расчёт и построение регулировочных характеристик выпрямителя

4.3 Расчёт зависимости коэффициента мощности выпрямителя от угла регулирования

5. РАСЧЁТ ВЕНТИЛЬНЫХ ПЛЕЧ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

5.1 Расчёт числа последовательно соединённых вентилей в тиристорном плече

5.2 Расчёт числа последовательно соединённых вентилей в диодном плече

5.3 Расчёт числа параллельных ветвей тиристоров в тиристорном плече выпрямителя, исходя из условий номинального режима работы

5.4 Расчёт числа параллельных ветвей тиристоров в тиристорном плече выпрямителя, исходя из условий аварийного режима работы

5.5 Расчёт числа параллельных ветвей диодов в диодном плече выпрямителя, исходя из условий номинального режима работы

5.6 Расчёт числа параллельных ветвей диодов в диодном плече выпрямителя, исходя из условий аварийного режима работы

6. РАСЧЁТ ИНДУКТИВНОСТИ ЦЕПИ ВЫПРЯМЛЕННОГО ТОКА

6.1 Расчёт амплитудного значения первой гармоники напряжения на нагрузке

6.2 Расчёт величины индуктивности цепи выпрямленного тока нагрузки

7. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ

8. РАСЧЁТ ВЫХОДНОГО УСИЛИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ

8.1 Расчёт величины тока одной вторичной обмотки импульсного трансформатора

8.2 Расчёт величины суммарного тока всех вторичных обмоток импульсного трансформатора

8.3 Расчёт величины тока первичной обмотки импульсного трансформатора

8.4 Выбор типа транзистора

8.5 Расчёт величины сопротивления в цепи коллектора транзистора

8.6 Расчёт величины сопротивления в цепи базы транзистора

8.7 Расчёт величины входного запирающего напряжения

8.8 Выбор типа диода

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Основными потребителями электрической энергии на железнодорожном транспорте являются двигатели постоянного тока и асинхронные тяговые двигатели электровозов. Для того чтобы их работа была надёжной и бесперебойной применяют управляемые выпрямители, Управляемый выпрямитель служит для преобразования переменного тока, подаваемой от энергосистем, в постоянный ток и для плавного регулирования напряжения на тяговом электродвигатели (ТЭД).

В рамках данного курсового проекта мы рассчитываем и проектируем управляемый выпрямитель, реализованный по несимметричной мостовой схеме. Необходимо произвести расчёт и построение основных характеристик выпрямительной установки, также произвести расчёт вентильных плеч выпрямителя. По результатам проведённых расчётов в ходе выполнения курсового проекта необходимо на листе формата А1 вычертить полную принципиальную схему спроектированного выпрямителя и в качестве пояснения процессов, происходящих при работе выпрямителя, построить в масштабе временные диаграммы токов и напряжений для данной схемы.

Это позволит получить навыки проектирования полупроводниковых преобразователей электрической энергии и анализа электромагнитных процессов, проходящих в них.

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЯ И СИЛОВАЯ СХЕМА

Применение тяговых выпрямителей на электроподвижном составе (ЭПС) обусловлено необходимостью регулирования напряжения на нагрузке, в данном проекте - на тяговом электродвигателе постоянного тока, с целью управления скорости вращения вала электродвигателя.

Используются ступенчатый и плавный способы регулирования напряжения на нагрузке. Ступенчатый способ регулирования осуществляется при помощи трансформатора, путём изменения коэффициента трансформации трансформатора. Но наибольшее распространение получил плавный способ, так называемый фазовый способ регулирования, основанный на управлении моментом отпирания тиристоров, которые входят в состав схемы выпрямителя и являются управляемыми элементами. В связи с этим выпрямитель получил название управляемый.

Однофазные управляемые выпрямители реализуют по схеме с нулевым выводом трансформатора или по мостовой схеме, которая выполняется с полным, либо с неполным числом управляемых вентилей - тиристоров (несимметричная схема). В данном курсовом проекте рассчитывается однофазный управляемый выпрямитель, реализованный по мостовой схеме, с неполным числом тиристоров, схема которого представлена на рисунке 1.1.

Схема в себя включает: нагрузка, представленная в виде тягового электродвигателя постоянного тока, последовательно которой включен сглаживающий реактор (дроссель) , служащий для уменьшения уровня пульсаций тока; два плеча моста содержат тиристоры и , и два плеча - диоды и . Мост соединяется с вторичной обмоткой тягового трансформатора и с нагрузкой. Первичная обмотка трансформатора подключена к контактной сети переменного тока. Цепь управления тиристорами представлена в виде электронной системы управления (ЭСУ).

Для пояснения работы однофазного управляемого выпрямителя на рисунке 1.2 представлены временные диаграммы напряжений и токов элементов выпрямителя, его работы.

Рассмотрим принцип действия выпрямителя. Начнём с того, что в начальный момент времени примем потенциал точки «0» равным нулю , а потенциал точки «a» - положительным. Итак, в первый полупериод диод смещён в прямом направлении, тиристор после подачи управляющего импульса тока также находится в проводящем состоянии, в результате чего ток от точки «a» через тиристор и сглаживающий дроссель (реактор) протекает по нагрузке, затем через диод течёт к точке «0». Ток вторичной обмотки трансформатора течёт по нагрузке выпрямителя (ТЭД), а напряжение на ней равно разности потенциалов точки «а» и точки «0» .

С наступлением второго полупериода потенциал точки «0» становится положительным, потенциал точки «a» - отрицательным, вследствие чего, ток нагрузки с диода переходит к смещённому в прямом направлении диоду . Данный переход, осуществляемый между диодными плечами выпрямителя, называемый сетевой коммутацией тока нагрузки, происходит постепенно, в течение некоторого промежутка времени (угла коммутации) и обусловлен влиянием ЭДС самоиндукции, наводящейся в обмотках трансформатора, препятствующей изменению тока.

К моменту начала сетевой коммутации, цепь нагрузки накоротко замыкается диодом и оставшимся в проводящем состоянии тиристором , через который протекает ток нагрузки, поддерживаемый ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотках тягового электродвигателя и сглаживающего дросселя (реактора). При этом мгновенное значение напряжения на нагрузке равно нулю .

В момент времени происходит подача импульса тока управления на тиристор , в результате чего ток нагрузки переходит от тиристора к тиристору . Данный переход, осуществляемый постепенно между тиристорными плечами выпрямителя, называется фазовой коммутацией тока нагрузки, так как момент его начала определяется фазой подачи импульсов тока управления на тиристоры, а промежуток времени между моментами подачи положительного потенциала (напряжения) на анод вентиля до момента подачи отпирающего импульса тока на его управляющий вывод, называется углом регулирования (углом управления) . Увеличивая угол , можно задерживать момент начала прохождения тока через очередной вентиль и уменьшать среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке выпрямителя. Наибольшее значение, выпрямленное напряжение будет иметь при , и оно будет равно нулю при .

Итак, по завершении процесса фазовой коммутации тиристор и диод становятся в закрытом состоянии, а тиристор и диод оказываются в проводящем состоянии, ток вторичной обмотки трансформатора снова течёт по нагрузке выпрямителя (ТЭД), а напряжение на ней равно разности потенциалов точки «0» и точки «а» .

При наступлении третьего полупериода в однофазном управляемом выпрямителе будут происходить аналогичные процессы.

2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ВЫПРЯМИТЕЛЕ И ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ

2.1 Расчёт угла сетевой коммутации диодных плеч выпрямителя

Величину угла сетевой коммутации , рад. определяем исходя из следующего выражения

,

где - относительное значения напряжения короткого замыкания трансформатора;

- текущее расчётное значение тока выпрямителя, А;

- значение номинального тока нагрузки (ТЭД) выпрямителя, А.

В расчёте принимаем , тогда получаем

,

2.2 Расчёт угла фазовой коммутации тиристорных плеч выпрямителя

Величину угла фазовой коммутации , рад. определяем исходя из следующего выражения

,

где - расчётное значение угла регулирования, рад.

В расчёте принимаем , а , тогда получаем

2.3 Расчёт амплитудного значения ЭДС вторичной обмотки трансформатора

Амплитудное значение ЭДС , В вторичной обмотки трансформатора определяем исходя из следующего выражения, характерного для номинального режима работы выпрямителя

,

,

где - номинальное значение напряжения на выводах нагрузки (ТЭД), В. В расчёте принимаем , а , тогда получаем

Расчёт действующего значения ЭДС вторичной обмотки трансформатора

Действующее значение ЭДС , В вторичной обмотки трансформатора определяем по формуле

,

.

2.4 Расчёт коэффициента трансформации трансформатора

Коэффициент трансформации трансформатора kт определяем по формуле

,

где - действующее значение напряжения питания выпрямителя (номинальное значение напряжения контактной сети), В.

2.5 Расчёт действующего значения тока вторичной обмотки трансформатора

Действующее значение тока , А вторичной обмотки трансформатора определяем по формуле

.

При номинальном режиме работы , тогда получаем



2.6 Расчёт действующего значения тока первичной обмотки трансформатора

Действующее значение тока , А первичной обмотки трансформатора определяем по формуле

Расчёт типовой мощности трансформатора

Мощность , ВА первичной обмотки трансформатора при номинальном режиме работы определяем по формуле

Для мостовой схемы выпрямления типовая мощность , ВА трансформатора при некоторых рассматриваемых допущениях равна мощности его первичной обмотки , ВА

3. РАСЧЁ ТКОММУТАЦИИ ВЕНТИЛБНЫХ ТОКОВ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

3.1 Расчёт изменений токов диодных плеч во время сетевой коммутации

Во время сетевой коммутации, начинающейся в момент времени , ток , А диода изменяется по следующему закону

а ток , А диода определяем по формуле

Разобьём весь интервал коммутации на десять отрезков

Для момента времени получаем

Дальнейшие расчёты проводим аналогичным образом. Результаты расчётов сводим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Расчёт изменения токов диодных плеч выпрямителя

щt, рад.	0	0,047	0,095	0,142	0,189	0,236	0,284	0,331	0,378	0,426	0,473
iVD1, А	0	10,759	42,759	96,117	170,65	266,20	382,54	519,42	676,53	853,52	1046,5
iVD2, А	1050	1039,3	1007,2	953,88	879,35	783,80	667,46	530,58	373,47	196,48	2,453

По результатам расчётов строили графики изменения токов диодных плеч во время сетевой коммутации, представленные на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Изменения токов диодных плеч выпрямителя во время сетевой коммутации

3.2 Расчёт изменений токов тиристорных плеч во время фазовой коммутации

Во время фазовой коммутации, начинающейся в момент времени , ток , А тиристора изменяется по следующему закону

а ток , А тиристора определяем по формуле

Разобьём весь интервал коммутации на десять отрезков

Для момента времени получаем

По результатам расчётов построили графики изменения токов тиристорных плеч во время фазовой коммутации, представленные на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Изменения токов тиристорных плеч выпрямителя во время фазовой коммутации

4. РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

4.1 Расчёт и построение внешних характеристик выпрямителя

Внешняя характеристика выпрямителя - это зависимость среднего значения напряжения на выходе выпрямителя от тока нагрузки при постоянном значении угла регулирования.

Расчёт внешних характеристик проводим, пользуясь следующей формулой

В расчёте принимаем три значения угла регулирования (угла управления): и два значения тока нагрузки

При и получаем

При и получаем

Дальнейшие расчёты проводим аналогичным образом. Результаты расчётов сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Расчёт внешних характеристик выпрямителя

б, рад.	б=г2=0,47258	б=бp=2,09440	б=1,4•бp=2,93215
Ud, В при Id=0	1167,701	962,551	682,268
Ud, В при Id=Idн	1100	858,850	614,567

По результатам расчётов построили внешние характеристики выпрямителя, представленные на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Внешние характеристики выпрямителя

4.2 Расчёт и построение регулировочных характеристик выпрямителя

Регулировочная характеристика выпрямителя - это зависимость среднего значения напряжения на выходе выпрямителя от угла регулирования при постоянном значении тока нагрузки.

Расчёт регулировочных характеристик проводим, пользуясь формулой (4.1). В расчёте принимаем два значения тока нагрузки

При и (из таблицы 4.2) получаем

При и (из таблицы 4.2) получаем

Дальнейшие расчёты проводим аналогичным образом. Результаты расчётов сводим в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Расчёт регулировочных характеристик выпрямителя

б, рад.	0,473	0,524	1,047	1,57	2,093	2,094	2,617
Ud, В при Id=0	1167,7	1152,5	926,6	618,1	309,6	309,1	83,1
Ud, В при Id=Idн	1100	1184,8	858,9	550,5	241,9	241,4	15,4

По результатам расчётов построили регулировочные характеристики выпрямителя, представленные на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Регулировочные характеристики выпрямителя

4.3 Расчёт зависимости коэффициента мощности выпрямителя от угла регулирования

Коэффициент мощности характеризует эффективность преобразования энергии переменного тока в постоянный и представляет собой отношение потребляемой выпрямителем из контактной сети активной мощности к полной мощности

Расчёт зависимости коэффициента мощности от угла регулирования проводим по формуле

где - коэффициент искажения формы синусоидального тока;

- угол сдвига фаз между кривой напряжения сети и первой гармоникой тока, рад.

Коэффициент искажения формы синусоидального тока определяем по формуле

Угол сдвига фаз , рад. между кривой напряжения сети и первой гармоникой тока определяем по формуле

Рассчитываем и строим зависимость коэффициента мощности выпрямителя от угла регулирования при .

Проводим расчёт при значении угла регулирования (из таблицы 4.3).

Сначала определяем величину угла фазной коммутации , рад. по формуле

Далее определяем угол сдвига фаз , рад. по формуле (4.5)

Затем определяем коэффициент искажения формы синусоидального тока по формуле (4.4)

Рассчитываем зависимость коэффициента мощности от угла регулирования по формуле (4.3)

Дальнейшие расчёты проводим аналогичным образом. Результаты расчётов сводим в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 - Расчёт коэффициента мощности выпрямителя

б, рад.	0	0,523	1,046	1,569	2,092	2,615	2,699
г1, рад.	0,473	0,190	0,123	0,110	0,132	0,299	0,469
ш1, рад.	0,236	0,427	0,672	0,930	1,197	1,500	1,570
н	0,9	0,952	0,955	0,900	0,780	0,572	0,543
ч	0,875	0,867	0,747	0,538	0,285	0,040	0,0005

По результатам расчётов построили зависимость коэффициента мощности выпрямителя от угла регулирования, представленную на рисунке 4.3.

5. РАСЧЁТ ВЕНТИЛЬНЫХ ПЛЕЧ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

5.1 Расчёт числа последовательно соединённых вентилей в тиристорном плече

Определяем требуемое число последовательно включенных тиристоров в тиристорном плече выпрямительной установки, исходя из условия обеспечения работоспособности плеча при пробое одного из последовательно соединённых вентилей, то есть из условия обеспечения максимально допустимого повторяющегося напряжения на вентиле по формуле. сетевой коммутация выпрямитель трансформатор

где - максимальное значение обратного напряжения, действующего на тиристорное плечо с учётом бросков и колебаний напряжения в сети; - паспортное максимально допустимое значение обратного напряжения на тиристоре;

- коэффициент неравномерности распределения напряжения между последовательно включенными тиристорами.

Величину , В определяем с учётом коммутационных перенапряжений по формуле

где - коэффициент, учитывающий возможные повторяющиеся напряжения в контактной сети.



тогда

Рассчитанное значение округляем до ближайшего большего целого значения, то есть .

5.2 Расчёт числа последовательно соединённых вентилей в диодном плече

Определяем требуемое число последовательно включенных диодов в диодном плече выпрямительной установки, исходя из условия обеспечения работоспособности плеча при пробое одного из последовательно соединённых вентилей, то есть из условия обеспечения максимально допустимого повторяющегося напряжения на вентиле по формуле

где - максимальное значение обратного напряжения, действующего на диодное плечо с учётом бросков и колебаний напряжения в сети;

- паспортное максимально допустимое значение обратного напряжения на диоде ;

- коэффициент неравномерности распределения напряжения между последовательно включенными диодами.

Величину , В определяем по формуле (5.2), в итоге получаем

Рассчитанное значение округляем до ближайшего большего целого значения, то есть .

5.3 Расчёт числа параллельных ветвей тиристоров в тиристорном плече выпрямителя, исходя из условий номинального режима работы

Определяем требуемое число параллельных ветвей тиристоров в тиристорном плече выпрямителя, исходя из условий номинального режима работы выпрямителя по формуле

где - коэффициент перегрузки, учитывающий возможные токовые перегрузки тиристора при трогании и разгоне локомотива;

- коэффициент неравномерности распределения тока по параллельным ветвям тиристорного плеча;

- максимально допустимое значение тока тиристора для данных условий работы, которое вычисляем по формуле

где - пороговое напряжение тиристора Т-500 в открытом состоянии (справочный параметр);

- коэффициент формы тока;

- дифференциальное (динамическое) сопротивление тиристора в открытом состоянии (справочный параметр);

- тепловое сопротивление стоку тепла от полупроводника в окружающую среду (справочный параметр);

- максимально допустимая температура нагрева тиристора;

- температура охлаждающего воздуха.

тогда

Рассчитанное значение округляем до ближайшего большего целого значения, то есть

5.4 Расчёт числа параллельных ветвей тиристоров в тиристорном плече выпрямителя, исходя из условий аварийного режима работы

Определяем требуемое число параллельных ветвей тиристоров в тиристорном плече выпрямителя, исходя из условий аварийного режима работы выпрямителя по формуле



где - величина ударного тока тиристора (справочный параметр);

- величина ударного аварийного тока, протекающего через тиристорное плечо, которую вычисляем по формуле

где - время достижения током амплитудного значения;

- модуль комплексного сопротивления цепи протекания тока короткого замыкания, Ом, который вычисляем по формуле

где - индуктивное сопротивление контура короткого замыкания, Ом, которое вычисляем по формуле

- активное сопротивление контура короткого замыкания, Ом, которое вычисляем по формуле

где - мощность потерь короткого замыкания трансформатора, Вт;

- угол сдвига фазы между кривой тока короткого замыкания и напряжением вторичной обмотки, рад., который вычисляем по формуле

- постоянная времени контура короткого замыкания, с, которую вычисляем по формуле

где - индуктивность цепи контура короткого замыкания, Гн, которую вычисляем по формуле

Проводим расчёт по выше приведённым формулам



Рассчитанное значение округляем до ближайшего большего целого значения, то есть

Окончательно принимаем число параллельных ветвей тиристоров в тиристорном плече выпрямителя как наибольшее значение из и Тогда

5.5 Расчёт числа параллельных ветвей диодов в диодном плече выпрямителя, исходя из условий номинального режима работы

Определяем требуемое число параллельных ветвей диодов в диодном плече выпрямителя, исходя из условий номинального режима работы выпрямителя по формуле

где - коэффициент перегрузки, учитывающий возможные токовые перегрузки диода при трогании и разгоне локомотива;

- коэффициент неравномерности распределения тока по параллельным ветвям диодного плеча;

- максимально допустимое значение тока диода для данных условий работы, которое вычисляем по формуле

где - пороговое напряжение диода в открытом состоянии (справочный параметр);

- дифференциальное (динамическое) сопротивление диода в открытом состоянии (справочный параметр);

- тепловое сопротивление стоку тепла от полупроводника в окружающую среду (справочный параметр);

- максимально допустимая температура нагрева диода;

- температура охлаждающего воздуха.

тогда

Рассчитанное значение округляем до ближайшего большего целого значения, то есть

5.6 Расчёт числа параллельных ветвей диодов в диодном плече выпрямителя, исходя из условий аварийного режима работы

Определяем требуемое число параллельных ветвей диодов в диодном плече выпрямителя, исходя из условий аварийного режима работы выпрямителя по формуле

где - величина ударного тока диода В-800 (справочный параметр);

- величина ударного аварийного тока, протекающего через тиристорное плечо, которую вычисляли по формуле.

Проводим расчёт по формуле

Рассчитанное значение округляем до ближайшего большего целого значения, то есть

Окончательно принимаем число параллельных ветвей диодов в диодном плече выпрямителя как наибольшее значение из и Тогда

6. РАСЧЁТ ИНДУКТИВНОСТИ ЦЕПИ ВЫПРЯМЛЕННОГО ТОКА

В реальных условиях эксплуатации выпрямителя индуктивность цепи выпрямленного тока имеет конечное числовое значение, поэтому ток нагрузки (тягового электродвигателя) выпрямительной установки имеет пульсации. Уровень пульсаций тока нагрузки, в свою очередь, зависит от величины её индуктивности .

Определяем величину индуктивности цепи выпрямленного тока , Гн по формуле

где - амплитудное значение первой гармоники напряжения на нагрузке, В;

- частота электрической сети;

- коэффициент пульсаций тока нагрузки.

6.1 Расчёт амплитудного значения первой гармоники напряжения на нагрузке

Определяем амплитудное значение первой гармоники напряжения , В на нагрузке выпрямителя по формуле

где - коэффициенты разложения в ряд Фурье кривой напряжения на нагрузке, В.

В свою очередь, коэффициенты разложения в ряд Фурье определяются по следующим формулам

В расчёте значение угла регулирования принимаем , тогда получаем

В итоге, рассчитываем амплитудное значение первой гармоники напряжения , В на нагрузке выпрямителя

6.2 Расчёт величины индуктивности цепи выпрямленного тока нагрузки

Величину индуктивности цепи выпрямленного тока нагрузки , Гн определяем по формуле.

7. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ

Для формирования и подачи импульсов тока управления на тиристоры выпрямительной установки используется электронная система управления ЭСУ. Она предназначена для отпирания тиристоров схемы выпрямителя во всех режимах его работы, а также для плавного изменения угла управления отпирания тиристоров, в результате чего происходит желаемое изменение напряжения на тяговом электродвигателе. В электронной системе управления, представленной в данном курсовом проекте на рисунке 7.1, используется синхронный принцип импульсно-фазового регулирования схемой выпрямления.

В функциональную схему электронной системы управления включены устройство синхронизации (), при помощи которого после подачи пониженного напряжения сети переменного тока ~ вырабатываются последовательности синхронизирующих управляющих импульсов ; генератор пилообразного напряжения (), принимающий на свой вход синхронизирующий импульс и формирующий на выходе начало очередного импульса периодического колебания напряжения пилообразной формы ; контроллер машиниста (), предназначенный для изменения величины управляющего напряжения , поступающего затем на компаратор (), который принимает на свои входы два импульса напряжения: , а выдаёт один импульс ; формирователь импульсов (), принимающий сигнал на вход от и формирующий на выходе импульсы напряжения для каждого полупериода, устанавливаемые требуемую длительность отпирающих импульсов тока управления тиристорами по условию их надёжного отпирания; логические элементы ( и ), выполняющие логическую функцию 2И с целью распределения по полупериодам импульсов , раздельно пришедших от и импульса , пришедшего одновременно на оба логических элемента от ; выходные усилители ( и ), осуществляющие усиление мощности импульсов тока управления тиристорами, пришедших от и ; импульсные трансформаторы ( и ), необходимые в роли гальванической развязки между низковольтными цепями системы управления и непосредственно тиристорами, находящимися в высоковольтной цепи.

В начале каждого полупериода в генератор пилообразного напряжения от устройства синхронизации поступает импульс напряжения , в результате чего в генераторе начинает формироваться напряжение пилообразной формы , поступающее на первый вход компаратора. На второй вход компаратора приходит управляющее напряжение с выхода контроллера машиниста. Когда пилообразное напряжение достигает значение , на выходе компаратора возникает импульс , который затем поступает в формирователь импульсов.

С выхода формирователя импульсов одновременно поступает сигнал на первые входы логических элементов и , а на их вторые входы от устройства синхронизации раздельно поступают сигналы соответственно в первом и во втором полупериодах питающего переменного напряжения ~. Далее импульсы усиливаются выходными усилителями и , и через импульсные трансформаторы и подаются на управляющие электроды тиристоров.

На рисунке 7.2 представлены временные диаграммы работы функциональной схемы электронной системы управления.

8. РАСЧЁТ ВЫХОДНОГО УСИЛИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ

8.1 Расчёт величины тока одной вторичной обмотки импульсного трансформатора

Величину тока , А одной вторичной обмотки импульсного трансформатора определяем по формуле

где - величина прямого отпирающего тока управления тиристора (справочный параметр);

- число параллельных ветвей тиристоров в тиристорном плече выпрямителя.

8.2 Расчёт величины суммарного тока всех вторичных обмоток импульсного трансформатора

Величину суммарного тока , А всех вторичных обмоток импульсного трансформатора определяем по формуле

где - число последовательно включенных тиристоров в тиристорном плече выпрямителя.



8.3 Расчёт величины тока первичной обмотки импульсного трансформатора

Величину тока , А первичной обмотки импульсного трансформатора определяем по формуле

где - коэффициент трансформации импульсного трансформатора.

8.4 Выбор типа транзистора

Тип транзистора выбираем исходя из следующих условий

1)

где - максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер (справочный параметр);

- напряжение питания выходного усилителя.

2)

где - максимально допустимый импульсный ток коллектора (справочный параметр);

- величина тока первичной обмотки импульсного трансформатора (пункт 8.3).

3) Тип:

Исходя из проведенных выше расчётов и приведённых условий, выбираем транзистор типа КТ823А-1, эксплуатационные данные которого что удовлетворяет условиям.

Некоторые паспортные параметры транзистора КТ823А-1

- статический коэффициент передачи тока;

- обратный ток коллектора;

- максимально допустимый постоянный ток коллектора;

- напряжение насыщения база-эмиттер;

- запирающее напряжение база-эмиттер.

8.5 Расчёт величины сопротивления в цепи коллектора транзистора

Величину сопротивления , Ом в цепи коллектора транзистора определяем по формуле

Расчёт величины ёмкости конденсатора

Величину ёмкости , Ф конденсатора определяем по формуле



где - период собственных колебаний контура, включающего конденсатор и первичную обмотку импульсного трансформатора.

Период собственных колебаний , с контура определяем по формуле

где - время включения тиристора Т123-200.

С учётом найденных значений

8.6 Расчёт величины сопротивления в цепи базы транзистора

Величину сопротивления , Ом в цепи базы транзистора определяем по формуле

где - входное управляющее напряжение;

- напряжение насыщения база-эмиттер;

- статический коэффициент передачи тока.



8.7 Расчёт величины входного запирающего напряжения

Величину входного запирающего напряжения , В определяем по формуле

где - обратный ток коллектора;

- запирающее напряжение база-эмиттер.

8.8 Выбор типа диода

Тип диода выбираем исходя из следующих условий

1)

где - максимально допустимое обратное напряжение (справочный параметр).

2)

где - максимально допустимый импульсный ток диода (справочный параметр).

Исходя из приведённых выше условий, выбираем диод типа Д112-10, эксплуатационные данные которого что удовлетворяет условиям.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках данного проекта рассчитаны основные параметры трансформатора выпрямителя, токи вентилей во время коммутационных процессов, вентильные плечи выпрямительной установки, индуктивность цепи выпрямленного тока, рассчитаны и построены основные характеристики выпрямителя, приведена функциональная схема электронной системы управления тиристорами и произведён расчёт выходного усилителя электронной системы управления.

Так же по результатам проведённых расчётов в ходе выполнения курсового проекта на листе формата А1 спроектирована полная принципиальная схема однофазного управляемого выпрямителя, реализованного по несимметричной мостовой схеме, и построены в масштабе временные диаграммы токов и напряжений для данной схемы с целью пояснения процессов, происходящих при его работе.

Таким образом, решены основные задачи курсового проекта и получены навыки проектирования полупроводниковых преобразователей электрической энергии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бурков А. Т. Электронная техника и преобразователи [Текст]: учебник для вузов ж.-д. трансп. / А. Т. Бурков; Под ред. М. В. Пономаренко - М.: Транспорт, 1999. - 464 с.

2. Забродин Ю. С. Промышленная электроника [Текст]: учебник для вузов. / Ю. С. Забродин. - М.: Высш. школа, 1982. - 496 с., ил.

3. Засорин С. Н. Электронная и преобразовательная техника [Текст]: учебник для вузов ж.-д. трансп. / С. Н. Засорин, В. А. Мицкевич, К. Г. Кучма; Под ред. С. Н. Засорина. - М.: Транспорт, 1981. - 319 с.

4. Петухов В. М. Транзисторы и их зарубежные аналоги. Биполярные транзисторы средней и большой мощности низкочастотные: справочник / В. М. Петухов; Под ред. М. Ю. Нефёдова. - В 4 т., т. 2, 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ИП РадиоСофт, 2000. - 544 с., ил.

5. Руденко В. С. Преобразовательная техника [Текст]: учебник для вузов. / В. С. Руденко, В. И. Сенько, И. М. Чиженко. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1983. - 431 с.

6. Чебовский О. Г. Силовые полупроводниковые приборы: справочник / О. Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недошивин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энегроатомиздат, 1985. - 400 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...