Преобразователь частоты
Физические основы диэлектрического нагрева. Преобразователи частоты для установок диэлектрического нагрева. Регулирование напряжения выпрямителей. Система управления тиристорным выпрямителем. Расчёт двухполярного блока питания, генератора импульсов.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.10.2017 |
| Размер файла | 2,4 M |
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.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Аннотация
Дипломный проект на тему: «Преобразователь частоты» представлен в виде графической части и пояснительной записки. Графическая часть состоит из 8 листов, в том числе: функциональная схема устройства, принципиальная схема силового блока и систем управления, технологическая части, временных диаграмм и экономическая часть проекта.
В расчетно-пояснительной записке объёмом 105 листов, рассмотрены разделы: состояние вопроса, проектирование и расчёт преобразователя частоты и его схем управления, так же произведён экономический расчёт и вопросы экологичности и безопасности проекта.
Содержание
Введение
1. Состояние вопроса
1.1 Физические основы диэлектрического нагрева
1.2 Установки диэлектрического нагрева
1.3 Структура установки диэлектрического нагрева
1.4 Источники питания установок диэлектрического нагрева
1.5 Преобразователи частоты для установок диэлектрического нагрева
2. Разработка конструкции преобразователя
3. Принцип действия устройства
3.1 Способы регулирования напряжения выпрямителей
3.2 Управляемый трёхфазный выпрямитель
3.3 Схема управления транзисторными ключами
3.4 Инвертор
4. Расчёт устройства
4.1 Расчёт управляемого выпрямителя
4.2 Система управления тиристорным выпрямителем
4.3 Расчёт генератора импульсов
4.4 Расчёт двухполярного блока питания
ВВЕДЕНИЕ
Промышленная электроника связана с применением электронных: устройств в различных отраслях промышленности и обслуживает эти отрасли устройствами измерения, контроля, управления, преобразования электрической энергии, а также технологическими установками.
Предлагаемый дипломный проект ставит задачу, дать физические представления о работе преобразователя частоты в установках диэлектрического нагрева, а так же их применении в различных отраслях народного хозяйства.
Основные особенности диэлектрического нагрева состоят в следующем.
Этот нагрев является прямым - электрическая энергия преобразуется в тепло непосредственно в объекте, помещенном в быстропеременное электрическое поле. Во многих случаях это позволяет существенно изменить технологию процесса, повысить качество продукции и производительность труда.
В подавляющем большинстве случаев, нагрев каких - либо физических тел производится путем передачи тепла снаружи вовнутрь за счет теплопроводности.
На установках диэлектрического нагрева, при рациональном подборе частоты колебаний и параметров камер, в которых происходит преобразование энергии в тепловую, можно получить относительно равномерное выделение тепла по всему объему детали. Эффективность преобразования энергии электрического поля в тепло, возрастает прямо пропорционально частоте колебаний и квадрату напряженности электрического поля. При этом следует отметить простоту подачи энергии практически к любому участку нагреваемой детали. Важное преимущество диэлектрического нагрева - тепловая безинерционность, т.е. возможность практически мгновенного включения и выключения теплового воздействия на обрабатываемый материал. Отсюда высокая точность регулировки процесса нагрева и его повторяемость.
В основном диэлектрический нагрев, применяется для сушки диэлектрических материалов, предварительного разогрева пластмасс перед формовкой, а так же в различных технологиях окраски диэлектрических материалов.
Для получения универсальной установки диэлектрического нагрева, соответственно и расширения сфер ее применения, необходимы плавные регулирования выходной мощности и частоты.
Таким образом, целью данного дипломного проекта, является разработка преобразователя частоты для универсальной установки диэлектрического нагрева.
диэлектрический выпрямитель тиристорный напряжение
I.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
1.1 Физические основы диэлектрического нагрева
Использование электрического тока, проходящего через диэлектрики и полупроводники в переменном электрическом поле, является основой диэлектрического нагрева, который имеет преимущества перед другими способами нагрева. Это быстрота, равномерность и высокая производительность. С энергетической точки зрения такой нагрев является наиболее эффективным, поскольку при его осуществлении вся энергия вносится в массу нагреваемого материала.
По технологическим признакам установки высокочастотного
диэлектрического нагрева подразделяют на три вида.
Установки п е р в о г о в и д а используются в процессах промышленной обработки крупных изделий, требующих быстрого нагрева в однородном электрическом поле: сушка волокон шерсти или хлопка, целлюлозы и лесоматериалов, обжиг крупных электроизоляторов и фарфоровых изделий, производство звуко- и теплоизоляционных материалов, сварка пластмасс и полимерных пленок.
Установки в т о р о г о в и д а применяются для нагрева протяженных плоских изделий: сушка текстильного волокна, рисунков на тканях, бумаги, фотопленки, химических и фармацевтических препаратов, полимеризации клеев, нагрев каучука, пастеризация и т. д.
В установках т р е т ь е г о в и д а проводятся процессы, не требующие быстрого и однородного нагрева: размораживание продуктов, разогрев и быстрое приготовление блюд, обжиг простых керамических изделий, сушка грибов, чая и т. п.
Использование высококачественного нагрева позволяет повысить качество продукции, ускорить технологические процессы и получить при массовом производстве большую экономию, несмотря на высокую стоимость оборудования.
Рисунок 1.1 Виды поляризации
а - поляризация атомов:
Частицы диэлектрика, помещенного в электрическое поле, испытывают механическое воздействие, смещающее положительно заряженные частицы в одну сторону, а отрицательно - в другую. В результате центры электрического действия положительных и отрицательных частиц не совпадают и во внешнем пространстве такая молекула воспринимается как диэлектрика в электрическом поле: диполь, т. е. как система двух равных, но б - ориентационная поляризация противоположных зарядов +q и - q, смещенных друг относительно друга на расстояние l (рисунок 1.1 ,а). Такой диэлектрик, имеющий ориентированные в одном направлении диполи, называют поляризованным. Произведение заряда частицы на смещение называют электрическим моментом диполя
m=gl (Кл'М), (1.1.1)
который связан с напряженностью электрического поля Е соотношением
т = , (1.1.2)
где - мера упругой деформации молекулы или атома - их поляризуемость.
Различают несколько видов поляризации.
Электронная поляризация атомов вызвана смещением электронного облака относительно ядра атома и приобретением последним индуцированного дипольного момента (рисунок 1.1,а). Время собственных колебаний электронов составляет - с, за это же время устанавливается электронная поляризация.
Ионная поляризация молекул вызвана упругим смещением ионов в твердых диэлектриках с ионной кристаллической решеткой (ионы и в поваренной соли). Период собственных колебаний решетки составляет - с. Время ионной упругой поляризации того же порядка.
Ориентационная поляризация имеет место в диэлектриках с молекулами, представляющими собой жесткие диполи, независимо от наличия внешнего электрического поля. Поляризация проявляется в частичном повороте и упорядочении диполей под влиянием внешнего электрического поля (рисунок 1.1,б). Это поляризация упругого смещения, возникающая в твердых или жидких диэлектриках, полярные молекулы которых связаны друг с другом так, что под действием электрического поля могут поворачиваться лишь на небольшой угол.
Поляризация диэлектрика происходит не только в постоянном, но и в переменном электрическом поле. В этом случае направление поляризации меняется с частотой поля, упругие диполи вибрируют, жесткие поворачиваются в прямом и обратном направлениях. Происходит перемещение зарядов, т. е. через диэлектрик проходит электрический ток. При расположении диэлектрика между обкладками конденсатора, на которые подано напряжение от высокочастотного генератора, цепь тока замкнется через этот генератор.
Поляризация сопровождается потерями энергии, вызванными трением между молекулами (потери трения) и перемещением диполей (дипольные потери). Потери энергии выражаются в нагреве диэлектрика или полупроводника, скорость которого определяется, в частности, частотой изменения поля. Потери при поляризации приводят к запаздыванию смещение молекул по отношению к внешнему полю.
Рисунок 1.2 Векторная диаграмма Рисунок 1.3 Зависимость е и tgд от токов в диэлектрике электрического поля в переменном электрическом поле
С ростом частоты отставание увеличивается, пока не достигнет максимума.
Дальнейшее повышение частоты изменения из-за вязкости среды приводит к обратному результату - уменьшению поляризации, что ведет к резкому снижению диэлектрической проницаемости вещества. При отсутствии потерь ток опережает напряженность поля на угол . Если поляризация сопряжена с потерями и несколько запаздывает, ток опережает напряженность на угол, меньший . Разница (рисунок 1.2) характеризует потери в диэлектрике и называется углом диэлектрических потерь. Происходящие в диэлектрике, помещенном в переменное электрическое поле, процессы определяются диэлектрической проницаемостью Вещественная часть комплекса ' характеризует отношение емкостей конденсатора до и после введения в него диэлектрика - относительная диэлектрическая проницаемость вещества. Мнимая часть "= 'tg характеризует поглощение энергии поля диэлектриком и называется коэффицентом потерь диэлектрика.
Проходящий через конденсатор с диэлектриком ток имеет две составляющие: ток смещения
= jCU (1.1.3)
и ток проводимости
= gU. (1.1.4)
Полный ток, проходящий через диэлектрик,
= + = (g + jC)U (1.1.5)
Отношение тока проводимости к току смещения
tg = / (1.1.6)
также определяет коэффициент потерь в диэлектрике.
Показатели и tg зависят от рода и физического состояния вещества (влажности, температуры), а также от частоты поля. Их зависимость от частоты поля показана на рисунке 1.3. Величина tg имеет максимум при так называемой релаксационной частоте , характерной для каждого материала.
Выделяющуюся в диэлектрике мощность можно получить из векторной диаграммы.
Р = UI; Ultg CUtg (1.1.7)
где = 2 - угловая скорость, рад/с; С - емкость плоского конденсатора, Ф: С = S / d S - площадь пластин конденсатора, м2; d - расстояние между ними, м; (= 8,85 · Ф/м - диэлектрическая проницаемость вакуума).
Имея в виду, что объем диэлектрика равен Sd и напряженность электрического поля Е= U/d (В/м), мощность РО (Вт/), выделяющаяся в единице объема диэлектрика,
=5,56/g. (1.1.8)
Подводимая удельная мощность расходуется на нагрев материала, испарение влаги или других летучих компонентов. При затратах теплоты только на нагрев удельная мощность, поступающая в материал, должна соответствовать
=(/)/, (1.1.9)
где Ср - удельная теплоемкость материала, Дж/(г-К); - плотность материала, г/; (Т / ) - скорость нагрева материала, К/с; - термический КПД процесса, учитывающий потери теплоты в окружающую среду.
При затратах теплоты только на испарение
L // , (1.1.10)
где L - скрытая теплота парообразования при данной температуре нагрева, Дж/г; / - скорость испарения, Г/(см3-с).
Анализ уравнений (1.1.8) - (1.1.10) позволяет сделать вывод, что мощность, выделяющаяся в диэлектрике, помещенном в переменное электрическое поле, определяется только его электрическими характеристиками и tg и параметрами поля: напряженностью и частотой.
Выделяющаяся мощность не зависит от теплопроводности материала, которая у диэлектриков, как правило, имеет низкие значения. Эта особенность является существенным преимуществом диэлектрического нагрева, позволяющим значительно ускорить процесс нагрева материала по сравнению с другими традиционными видами нагрева.
1.2 Установки диэлектрического нагрева
Установки диэлектрического нагрева подразделяют на два вида: собственно установки диэлектрического нагрева, работающие на высокой частоте (ВЧ - установки - частота 20 кГц - 100 кГц), и установки сверх высокочастотного нагрева (СВЧ - нагрев - частота 1000 мГц и выше). Последние применяются при нагреве диэлектриков со сравнительно малым коэффициентом потерь, нагреве пищевых продуктов.
Выбор рабочих параметров установки определяется рядом физических свойств нагреваемого материала. Одним из условий равномерного нагрева по всему объему однородного материала является превышение глубины проникновения электромагнитной волны в материал под его толщиной. Глубина проникновения (см) определяет расстояние, на котором напряженность электрического поля ослабевает в е раз относительно ее знчения на поверхности:
=9,55 / (1.2.1)
Большинство материалов, нагреваемых в поле конденсаторов, неоднородно по своей структуре. Для материала слоистой стуктуры, в котором каждый слой отличается от другого значением относительной диэлектрической проницаемости () И толщиной (d1 и d2), при направлении поля вдоль слоев среднее значение
= (+ ) / (+) (1.2.2)
При направлении поля поперек слоев
= (d1 +d2 ) / (+ ) (1.2.3)
При увеличении числа слоев в числителе и знаменателе уравнений (1.2.2) и 1.2.3) соответственно, увеличивается число слагаемых.
Напряженность электрического поля в конденсаторе также не является постоянной. В простейшем случае, когда материал по своей структуре однороден и отсутствует зазор между ним и пластинами конденсатора, напряжение, приложенное к материалу равно напряжению, подводимому к рабочему конденсатору Напряженность электрического поля в материале для плоского конденсатора = / dm . Материал в этом случае нагревается равномерно, поскольку удельная мощность выделяется по всему его объему одинаково.
Если однородный материал помещен в конденсатор коаксиального типа, то также = , а напряженность электрического поля в данной точке материала
= / , (1.2.4)
где R - расстояние от центра до данной точки.
Если материал занимает не весь объем конденсатора, то для плоского конденсатора
= / ( + ) = (1.2.5)
для коаксиального конденсатора
= / R ( ln+ ) (1.2.6)
где - относительная диэлектрическая проницаемость данного слоя или ее среднее значение для ряда слоев нагреваемого материала.
Допустимая напряженность поля в воздушном зазоре определяется значением пробивной напряженности . При ее достижении происходит электрический пробой. Напряженность пробоя воздуха ниже, чем большинства нагреваемых материалов. На практике при процессах сушки с выделением водяных паров или других летучих продуктов напряженность поля в воздушном зазоре не должна превышать 1,0-1,6 кВ/см, в других процессах нагрева она может достигать 5,0 кВ/см .
Допустимую напряженность поля в материале принимают в два раза меньшей пробивной напряженности этого материала.
= / 2 (1.2.7)
Выбрав допустимое значение напряженности поля в материале по формулам (1.1.8) - (1.1.10) определяют рабочую частоту тока (Гц) при нагреве и сушке материала соответственно:
= 7,53 (1.2.8)
= 7,53 ( 1.2.9)
1.3 Структура установки диэлектрического нагрева
В комплект установок диэлектрического нагрева входят высокочастотный генератор; система защиты и сигнализации; технологический узел.
Конструкция технологического узла определяется в основном родом и видом нагреваемого материала. Различные схемы исполнения технологических узлов установок диэлектрического нагрева показаны на рисунке 1.3.1
Рисунок 1.3.1
На рисунке представлены схемы технологических узлов для нагрева и сушки крупногабаритных изделий и порошкообразных материалов. При диэлектрическом нагреве, температура внутри нагреваемого материала выше, чем в поверхностных слоях, с которых происходит удаление влаги. Совместное влияние градиентов давления, влагосодержания и температуры, способствует высокой производительности сушки с использованием высокочастотного нагрева.
Существуют установки диэлектрического нагрева для термообработки пористых резин, предварительного нагрева пресс-материалов, нагрева в процессе прессования, термообработки изделий и нагрева перед штамповкой, склеивания термореактивными клеями, обработки сельхозпродуктов и т. д.
Применяемые установки диэлектрического нагрева по рабочим частотам условно подразделяют на установки средневолнового (f=0,03-1,0 МГц), коротковолнового (f=34-30 Мгц) в метрового (f = 30-300 МГц) диапазонов.
Первые из них применяются для нагрева материалов с большим фактором потерь tg, к которым относятся очень влажные изделия при их относительно небольших габаритных размерах. Генераторы этих установок имеют сравнительно высокий КПД (0,5-0,6) и выполнены мощностью до нескольких сотен киловатт. Нагрев производится на низких удельных мощностях (ро=0,01-1,0 Вт/смЗ) при длительности нагрева в десятки часов и высоком напряжении на рабочем конденсаторе (10-15 кВ).
Коротковолновые установки при меняются для нагрева материалов со средним значением фактора потерь, КПД таких установок 0,4-0,55. Мощность генератора составляет несколько десятков киловатт, объем одновременно нагреваемого материала небольшой. Удельная мощность РО =1 - 100 Вт/см3. Сушка с испарением длится в течение нескольких часов, без испарения - доли часа. Установки удобны при работе с воздушным зазором и для осуществления методического нагрева.
Установки метрового диапазона имеют КПД, равный 0,3-0,4. Применяются для нагрева материалов с малым значением tg. Объем рабочей камеры невелик (РО = 0,1 - 3 кВт/см3), время нагрева - секунды, могут работать с воздушным зазором.
1.4 Источники питания установок диэлектрического нагрева
В настоящее время существуют различные выпрямительные схемы статических преобразователей мощности. В целом, их можно разделить на однофазные и трехфазные выпрямители, а также на неуправляемые и управляемые. В неуправляемых выпрямителях в качестве вентилей используются полупроводниковые диоды. Данные устройства не позволяют регулировать мощность, выделяемую в нагрузке. В управляемых выпрямителях в качестве вентилей используются тиристоры. Применение
данных полупроводниковых приборов позволяет регулировать мощность, выделяемую в нагрузке.
Однофазные выпрямители используются при небольших мощностях.
Простейшим выпрямителем является однофазный однополупериодный выпрямитель (рисунок 1.4.1).
Данная схема обладает низкими энергетическими характеристиками и практически не используется. Двухполупериодная схема однофазного выпрямителя со средней точкой (рисунок 1.4.2) обладает несколько лучшими энергетическими показателями. Наибольшее распространение среди однофазных выпрямителей получила двухполупериодная мостовая схема выпрямления (рисунок 1.4.3). Она обладает наилучшими энергетическими показателями по сравнению с другими схемами однофазных выпрямителей.
Трехфазные выпрямители используются при средних и больших мощностях. Применение трехфазных выпрямителей позволяет:
- создать равномерную нагрузку на все три фазы сети;
- уменьшить пульсации выпрямленного напряжения, что снижает массогабаритные и стоимостные показатели фильтрующих устройств;
- уменьшить расчетную мощность трансформатора и повысить коэффициент мощности.
Рассмотрим некоторые схемы трехфазных выпрямителей.
Схема трехфазного однополупериодного выпрямителя (схема Миткевича) изображена на рисунке 1.4.4. Она обладает невысокими энергетическими характеристиками. Частота пульсаций выпрямленного напряжения в три раза больше частоты питающего напряжения; установленная мощность трансформатора должна быть на 35% больше мощности в нагрузке, что значительно увеличивает его габариты; стержни магнитопровода трансформатора подмагничиваются в процессе работы выпрямителя. Наибольшее распространение получила схема трехфазного двухполупериодного мостового выпрямителя (рисунок 1.4.5), предложенная А.Н.Ларионовым в 1923 году. Данная схема обладает лучшими энергетическими показателями: частота пульсаций выпрямленного напряжения в шесть раз больше частоты питающего напряжения, что значительно снижает массогабаритные и стоимостные показатели фильтрующих устройств; установленная мощность трансформатора всего 5больше мощности в нагрузке; отсутствует подмагничивание стержней магнитопровода трансформатора.
Рисунок 1.4.1 Однофазный однополупериодный выпрямитель.
Рисунок 1.4.2 Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой.
Рисунок 1.4.3 Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель
Рисунок l.4.4 Трехфазный однополупероидный выпрямитель (схема Миткевича)
Рис. 1.4.5 Трехфазный двухполупериодный выпрямитель (схема Ларионова)
Для использования в установке диэлектрического нагрева выбираем схему трехфазного двухполупериодного выпрямителя. Расчет выпрямителя приводится в последующей главе.
1.5 Преобразователи частоты для установок диэлектрического нагрева
В настоящее время для диэлектрического нагрева широко используются два типа генераторов: тиристорные инверторы и высокочастотные ламповые генераторы. Тиристорные инверторы, применяемые в диапазоне частот до 10 кГц, обладают удовлетворительным к.п.д.. Однако, относительно большие времена переключения тиристоров, ограничивают применение тиристорных инверторов на повышенных частотах. Высокочастотные ламповые генераторы, в отличие от тиристорных инверторов, не имеют ограничения в частотах. Главным недостатком ламповых генераторов, является ограниченный срок службы, который составляет обычно до 6000 рабочих часов, в зависимости от условий эксплуатации. С другой стороны лампа элемент с низким к.п.д. (не выше75%), что снижает общую эффективность генератора. На практике эффективность классических ламповых генераторов равна 50%.
С появлением силовых транзисторов, выполненных по МОП-технологии (МOSFET и IGBT) появилась возможность создания на их базе мощных высокоэффективных генераторов, обладающих значительными преимуществами по сравнению с теми, которые построены на электронных лампах и тиристорах. Этот новый тип генераторов с расширенным частотным диапазоном от 10 кГц до 200 кГц позволяет заменить электронные ламповые генераторы. Наиболее важными преимуществами таких генераторов по сравнению с ламповыми являются более высокий к.п.д., и срок службы, уменьшенные масса и габариты.
Упрощенная электрическая схема устройства приведена на рисунке 1.5.1. Преобразователь частоты выполнен на базе инвертора тока. Инвертор содержит входной драйвер управления и мост на мощных IGBT. В цепь переменного тока инвертора включается технологический узел, представляющий собой конденсатор . Для исключения отрицательного напряжения на транзисторах последовательно с каждым из них включен частотный силовой диод. Питание инвертора осуществляется от трехфазной сети через управляемый выпрямитель. Регулирование мощности производится управляемым выпрямителем на тиристорах. Преобразователь частоты содержит схему автоматической настойки частоты, позволяющей работать в широком диапазоне изменения нагрузки с малыми потерями мощности.
Рисунок 1.5.1
2. Разработка конструкции преобразователя
Преобразователь частоты включает в себя силовой блок питания с управляемым тиристорным выпрямителем, инвертором и систем управления силовым выпрямителем и силовым выходным инвертором.
Конструктивно преобразователь выполнен в виде шкафа, изготовленного из металлического уголка и обшит листовым железом. В нижней части предусмотрены вентиляционные жалюзи, для обеспечения естественной вентиляции. Силовой трансформатор размещён в нижней части шкафа. Управляемый выпрямитель располагается на алюминиевом радиаторе и крепится к задней части шкафа, дополнительно на радиаторе предусмотрено крепление вентиляторов, для обеспечения принудительного обдува. Аналогично на задней крышке располагается и транзисторный инвертор. Система управления тиристорным выпрямителем находятся непосредственно на стойке расположенной в близости от тиристорных ключей. Органы управления вынесены на экранированных проводах на переднюю лицевую панель. В качестве регулятора напряжения используется специализированные микросхемы UАА145, включенные по типовой схеме рекомендованной заводом изготовителем. Система управления инвертором, собранном на IGBT транзисторах, располагается непосредственно на модулях IGBT. Драйвер управления применён IR22141, в качестве формирования импульсов управления собран генератор на NE555. ДЛЯ исключения логических гонок в правлении мостовым инвертором применена схема на логических элементах и Д-триггере. Органы управления также вынесены на лицевую панель.
Системы защиты состоят из автоматического выключателя, расположенного в нижней части лицевой панели. Так же предусмотрена защита выходного инвертора, позволяющая предостеречь установку от выхода из строя. Сигнал ошибки, поступающий от драйвера управления, блокирует силовой управляемый выпрямитель и обесточивает полностью всю установку. Предусмотрена световая индикация ошибки и ручной сброс. На задней панели установлены разъёмы подключения питания, разъём подключения нагрузки, и клемма подключения заземления.
При эксплуатации установки в цеховых условиях необходимо выполнить шкаф в пыле влагозащищённом исполнении.
3. Принцип действия устройства
3.1 Способы регулирования напряжения выпрямителей
Современные полупроводниковые выпрямительные устройства, как правило, имеют системы автоматического регулирования выходных электрических параметров. При использовании для выпрямителей большой мощности тиристоров системы управления получаются довольно сложными. Кроме того, надежность управляемых полупроводниковых вентилей ниже, чем диодов, а стоимость выше. Эти причины заставляют в ряде случаев отказаться от применения тиристоров и изыскивать возможность регулирования выпрямленного напряжения выпрямителей, выполненных на диодах.
Выпрямленное напряжение выпрямителя на диодах можно регулировать: на стороне постоянного тока - при помощи реостата или потенциометра; на стороне переменного тока: а) изменением подведенного к выпрямителю переменного напряжения (переключением под нагрузкой отпаек трансформатора или автотрансформатора, питающего выпрямитель, а также плавным изменением подводимого к выпрямителю напряжения при помощи трансформаторов с подвижными катушками или выдвижными сердечниками); б)использованием дросселей насыщения, подмагничиваемых постоянным током; при этом дроссели насыщения могут быть выполнены в виде отдельных устройств либо сам трансформатор может содержать насыщаемый постоянным током сердечник.
Отдельную область представляет регулирование выпрямленного напряжения с помощью управляемых вентилей - тиристоров, которое можно осуществить несколькими способами: 1) регулирование путем изменения параметров вентилей, входящих непосредственно в выпрямитель; 2) регулирование параметров вентилей, включенных в первичную обмотку трансформатора; 3) широтно-импульсное регулирование на стороне постоянного тока.
Регулирующее устройство необходимо выбирать, исходя из ряда факторов, важнейшими из которых являются требования к диапазону регулирования, величине и числу ступеней напряжения или плавности изменения напряжения, коэффициенту мощности и КПД.
3.2 Управляемые трехфазные выпрямители
На рисунке 3.1,а показана схема и временные диаграммы токов и напряжений трехфазного выпрямителя с нулевым выводом (режим ,)
= = = (3.2.1).
0 /6
При активной нагрузке с изменением угла регулирования можно выделить два характерных режима работы выпрямителя: режим непрерывных токов (рисунок 3.1, б), когда 0 < < /6 (угол регулирования в трехфазных выпрямителях принято отсчитывать от точки естественного отпирания вентилей); режим прерывистых токов /6 < а < 5/6 (рисунок 3.1, б). Среднее значение выпрямленного напряжения для этих двух режимов определяется выражениями (за начало отсчета времени принимаем точку О'
= = =
(3.2.2).
Рисунок. 3.1 Трехфазный управляемый выпрямитель с нулевым выводом:
а - схема, б - временные диаграммы токов я напряжений при активной нагрузке и 0 ; в - при активной нагрузке и ; г - при активно-индуктивной нагрузке (LH =); д - при активно-индуктивной нагрузке (LH =) с нулевым вентилем.
Если =, выпрямленное напряжение равно нулю.
При активно-индуктивной нагрузке схема также может работать в двух режимах. Прерывистость тока в цепи нагрузки зависит не только от диапазона изменения угла регулирования , но и от соотношения параметров нагрузки RH и LH. Так же, как и в однофазных схемах, кривая выпрямленного
напряжения на интервале может иметь отрицательные значения, что объясняется возможностью вентиля пропускать ток при отрицательном напряжении на обмотке данной фазы за счет накопленной энергии в магнитном поле дросселя LH. Если , непрерывный режим тока имеет место при любых соотношениях RH и LH и ничем не отличается от случая активной нагрузки для тех же . В случае дальнейшего увеличения угла регулирования непрерывный режим тока сохраняется только при значительном преобладании индуктивности (/3-5). Для / 10 (3.2.1).
0
без больших погрешностей можно считать ток нагрузки идеально сглаженным (рисунок 3.1, г). Среднее значение напряжения для режима непрерывного тока
= = (3.2.1).
Для исключения отрицательных участков в кривой выпрямленного напряжения и улучшения коэффициента мощности выпрямителя в схему вводится нулевой вентиль ДО, шунтирующий нагрузку. Ток через нулевой вентиль при активно-индуктивной нагрузке поддерживается за счет ЭДС самоиндукции нагрузки и протекает за интервал времени /6- (рисунок 4.1, д). При этом напряжение на нагрузке в интервале времени /6- равно нулю, а тиристоры В1, В2, ВЗ заперты.
Рассмотрим электромагнитные процессы в трехфазном мостовом управляемом выпрямителе (рисунок 4.2, а), широко применяющемся в преобразовательных установках. Для управляемых выпрямителей закономерностъ изменения внешней характеристики зависит от величины угла регулирования. Поэтому для таких выпрямителей обычно строят семейство внешних характеристик = (const при различных значениях угла . При выводе этих зависимостей для трехфазного мостового выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой будем пренебрегать потерями в вентилях и обмотках трансформатора, учитывая лишь индуктивности рассеяния обмоток трансформатора La, а также полагая, что в цепи нагрузки величина индуктивности = .
При таких упрощенных условиях ток в цепи нагрузки получается идеально сглаженным и неизменным по величине, а ток коммутации зависит лишь от величины индуктивности La и закономерности изменения ЭДС обмоток трансформатора, находящихся в контурах коммутации.
Закономерность изменения внешней характеристики выпрямителя зависит от длительности пропускания тока каждым вентилем (рисунок 3.2, б), которая в свою очередь определяется числом вентилей, одновременно пропускающих ток. Угол коммутации , а следовательно, и угол изменяются при изменении величины тока нагрузки. При токах нагрузки Icp, близких к номинальному значению, < и < . В этом режиме в схеме попеременно пропускают ток одновременно либо два, либо три вентиля.
Рисунок 3.2. Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель при активноиндуктивной нагрузке: а - схема; б - временные диаграммы токов и напряжений для режима < ; в - внешние характеристики выпрямителя.
С ростом тока нагрузки величина угла увеличивается, интервал однов-ременной работы трех вентилей расширяется, и затем наступает второй режим работы схемы, для которого угол коммутации <. При этом < и в схеме всегда одновременно пропускают ток три вентиля. Дальнейшее увеличение тока нагрузки при водит к возникновению третьего режима, характеризующегося величинами и . В этом режиме в схеме одновременно пропускают ток либо три, либо четыре вентиля. С возрастанием тока Iсp интервал одновременной работы четырех вентилей расширяется, и при коротком замыкании в схеме в любой момент одновременно пропускают ток четыре вентиля; при этом и 4.
Каждый из трех режимов работы схемы характеризуется определенной закономерностью изменения внешней характеристики, поэтому следует рассмотреть эти режимы в отдельности, а затем произвести сопряжение полученных участков внешней характеристики.
На рисунке 3.2, б показаны временные диаграммы токов и напряжений для первого режима (<). В интервале одновременной работы двух вентилей (например,Вl,В2) мгновенное значение выпрямленного напряжения
определяется разностью еа - , а мгновенные значения токов в вентилях-постоянным значением выпрямленного тока Icp.
Закономерности изменения токов и в период коммутации:
Icp - ; (3.2.4).
= .
При (конец коммутации) Icp, поэтому
Icp = , (3.2.5).
или = Icp / .
Из выражения следует, что с ростом тока нагрузки Icp, при неизменной
величине угла регулирования , угол коммутации также увеличивается.
Среднее значение выпрямленного напряжения
= I/2. (3.2.6).
Уравнение внешней характеристики для режима <
= . (3.2.7).
Закономерность различных значениях угла представляет собой семейство прямых, параллельных друг другу.
Режим наступает, как только интервал, в течение которого одновременно пропускают ток два вентиля, становится равным нулю и в схеме в любой момент времени пропускают одновременно ток три вентиля. При дальнейшем увеличении тока нагрузки в случае, если , угол коммутации продолжает оставаться неизменным, равным . Это объясняется тем, что при увеличении тока нагрузки в схеме по-прежнему одновременно пропускают ток только три вентиля, так как для четвертого вентиля не будет условий, при которых он сможет начать пропускать ток. Например, если ток пропускают вентили В1, В2, В3, то очередной вентиль В4 не сможет вступить в работу, так как потенциал его анода, определяющийся отрицательным потенциалом нагрузки, равным потенциалу катода работающего вентиля В2 (или ЭДС ), будет ниже потенциала катода, определяющегося положительным потенциалом нагрузки, который равен полусумме ЭДС короткозамкнутого контура коммутации /2. Такой режим будет длиться до тех пор, пока суммарный угол не станет равным /2.
Во втором режиме угол с ростом тока нагрузки автоматически увеличивается, а угол остается неизменным, равным /3. В результате среднее значение выпрямленного напряжения с увеличением тока нагрузки уменьшается.
Уравнение внешней характеристики для второго режима
1. (3.2.8).
Выражение (3.2.8) есть уравнение эллипса, оси которого совпадают с осями координат Ucp и Icp.
Третий режим может начаться с момента, когда =
Для третьего режима характерны два интервала: одновременной работы четырех вентилей и одновременной работы трех вентилей. Уравнение внешней характеристики для третьего режима, справедливое при =
= (3.2.9) .
Выражение (3.2.9) является уравнением прямой. На рисунке 3.2,в показано семейство внешних характеристик выпрямителя, работающего в выпрямительном режиме, для различных значений угла в относительных единицах. При внешние характеристики состоят из трех сопрягающих участков LM, МN и NK, уравнения которых рассмотрены выше для режимов , .
При во внешних характеристиках исчезает эллиптический участок МN и остаются лишь первый и третий прямолинейные участки. При внешняя характеристика описывается лишь одним уравнением, соответствующим первому прямолинейному участку. Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (без учета угла перекрытия и непрерывном токе нагрузки) определяется выражением , а коэффициент сдвига первой гармоники тока питающей сети относительно питающего напряжения
(3.2.10)
Коэффициент мощности выпрямителя без учета угла перекрытия и с
учетом угла перекрытия соответственно
X=
X=/2 (3.2.11)
3.3 Схема управления транзисторными ключами
Схема управления транзисторными ключами являются необходимым функциональным элементом электронного преобразователя, поэтому ее выбор является важным этапом разработки.
Потенциал затвора силовых транзисторных ключей «верхней группы» в промышленном и бытовом инверторах определяется величиной Ud и намного превышает потенциалы сигналов управления, вырабатываемых ИУП, поэтому в схеме управления транзисторными ключами должна осуществляться либо гальваническая развязка входных и выходных цепей,
либо должен обеспечиваться плавающий выходной потенциал (высоковольтный сдвиг уровня) выходного сигнала. Компания Intemational Rectifier является одной из немногих, успешно реализующей разработку схем управления транзисторными ключами с плавающим потенциалом. Образно говоря, подобные решения являются фирменным знаком компании.
В последние годы инженеры компании разработали новую технологию построения высоковольтных микросхем (HVIC), в рамках которой удалось создать схему управления транзисторными ключами высокой степени интеграции для промышленных приводов и инверторов малой и средней мощности, работающих от общепромышленных однофазной 220 В, 50 Гц и ртехфазной 220/380 В, 50 Гц сетей. Типичным представителем этого семейства являются приборы IR2114 (класс 600 В) и IR2214 (1200 В). Микросхемы предназначены для управления «верхним» и «нижнем» силовыми транзисторами полумостовой схемы, на рисунке 3.3.1 показана типовая схема включения и отмечены ее характерные особенности.
Рисунок 3.3.1 Типовая схема включения
Основные характеристики микросхемы IR2114:
Гарантированная пауза между переключениями верхнего и нижнего транзисторов <500 нс, что позволяет работать на частотах до 100 кГц.
Управление от логических сигналов любого уровня.
Выходной вытекающий ток до 2 А.
Выходной втекающий ток до 3 А, что дает возможность управлять транзисторами и высоковольтными модулями с током до 50 А без применения дополнительных буферов.
Полная унификация 600 В и 1200 В приборов по назначению и расположению выводов.
Компактность.
Один источник питания для создания плавающего выходного напряжения.
Высокая устойчивость к защелкиванию (50 В/нс).
Время срабатывания защиты по току 1,5 мкс.
Характерными особенностями драйверов являются:
Независимое формирование процессов включения и выключения силовых транзисторов. В микросхемах IR2114/2214 предусмотрены три цепи для управления процессом включения/выключения силовых транзисторов. Включение силового транзистора осуществляется по выходам хОР (рисунок 3) в два этапа. На первом этапе, длительностью 200 нс, перезаряд входной емкости затвора силового транзистора осуществляется через два внутренних параллельно включенных резистора сопротивлением 15 Ом и внешний резистор RGon. На втором этапе отключается один из параллельно включенных внутренних резисторов и выходной ток уменьшается. Таким образом осуществляется форсирование процесса включения силового транзистора.
Выключение силового транзистора при отсутствии перегрузки осуществляется путем замыкания цепи «затвор-истою» через внутренний резистор 5 Ом и внешний резистор RGoff. Максимальная величина запирающего тока - 3 А.
Формирование «мягкого» выключения при перегрузках осуществляется посредством дополнительных выходов SSDx (рисунок 3.3.2). При обнаружении перегрузки по току (см. ниже) форсированное выключение силового транзистора по цепи xON может привести к выходу траектории переключения за пределы области безопасной работы рабочей точки. Для исключения этого в IR2114/2214 осуществляется «мягкое» выключение силового транзистора путем замыкания цепи «затвор-исток» через внутренний резистор 100 Ом и внешний резистор RGoff (рисунок 3.3.2). Защита от перегрузки по току осуществляется путем слежения за напряжением на открытом транзисторе VCEsat по выходам DCx через разделительный диод (рисунок 3.3.2). Указанный способ защиты хорошо известен еще со схем управления биполярными транзисторами и заключается в формировании запирающего сигнала при выходе транзистора из насыщения (desaturation). В IR2114/2214 срабатывание защиты происходит при напряжении VСЕ = 8 В, что позволяет с достаточной степенью надежности для высоковольтных IGBT выявлять перегрузку по току, вызванную коротким замыканием нагрузки, межфазным замыканием в двигателе, замыканием фазы на землю и т.д. Для предотвращения ложных срабатываний защиты при включении транзистора предусмотрена ее блокировка на время 3 мкс, достаточное для большинства современных IGBT дЛЯ достижения насыщения после включения.
Согласование работы нескольких микросхем. Для повышения надежности электронных преобразователей для электропривода СУТК формируют сигналы «ошибка», которые могут не только передаваться в информационноуправляющую подсистему, но и управлять работой «соседних» СУТК. Например, если одним из драйверов обнаружена токовая перегрузка в одном из силовых транзисторов, этот драйвер выключит перегруженный ключ в режиме «мягкого» выключения, по сигналу выхода «SY FLT» будет сформирован запрет на включение всех ранее закрытых транзисторов, а по сигналу выхода «Fault» будут выключены в обычном режиме все ранее включенные транзисторы.
Рисунок 3.3.2 Схема управления нагрузкой.
Иcпользование СУТК с плавающим потенциалом не предполагает использования отрицательного напряжения смещения на затворе для запирания силового транзистора. Многие же производители MOSFET и IGBT гарантируют надежную работу своих приборов только при наличии такого смещения, особенно в случае высокочастотных (свыше 10 кГц) и мощных (коммутируемый ток свыше 20 А) транзисторов. Поэтому в рекомендациях по применению мощных высокочастотных транзисторов большинство производителей выставляет наличие отрицательного напряжения на затворе в качестве обязательного требования. Компания Intemational Rectifier, развивая идеологию высоковольтных схем с плавающим потенциалом, выпускает силовые транзисторы MOSFET и IGBT, пригодные для работы с подобными СУТК, для надежной работы в электронных преобразователях.
3.4 Инвертор
Принципиальная схема однофазного инвертора тока показана на рисунке 3.4.1.
Рисунок 3.4.1 Схема инвертора.
Мостовой инвертор реализуется на силовых полупроводниковых структурах типа IGBT или MOSFET, в зависимости от требуемых характеристики ограничений на допустимые входные напряжения. Современные MOSFET _ структуры имеют предельные напряжения не более чем 700 ... 900 В, в то время как IGВТ_структуры допускают уровни напряжений в 1200 В и выше, что позволяет иметь больший запас надежности схемы, с учетом возможных аварийных импульсных «выбросов» в питающих напряжениях и импульсных всплесках напряжений в процессе раборы инвертора. В данном устройстве остановились на выборе IGBT транзисторов, т.к. выходное напряжение превышает 1000В.
Формирование переменного тока осуществляется, за счёт попарного включения транзисторов VТ1,VТ2 и VТ3,VТ4. На рисунке 3.4.2. приведены временные диаграммы работы инвертора.
Рисунок 3.4.2. Временные диаграммы работы инвертора.
4.1 Расчёт трёхфазного управляемого выпрямителя
Расчёт токов и напряжений выпрямителя.
Выбор тиристоров и охладителей.
Минимальное значение угла управления =0.
Номинальное и максимальное значение угла управления:
= ;
= ;
где , - коэффициенты;
- линейное напряжение питающей сети;
- пределы изменения линейного напряжения питания;
= аrccоs ;
= аrccоs ;
где - номинальный угол управления;
- максимальный угол управления;
Подставляя числовые значения, для , = 660 В, = 66 В, имеем:
= = 0.9
= = 1.1
= аrccоs = ;
= аrccоs = .
Выпрямленное напряжение в относительных единицах, приняли равным = 0.8 .
Среднее значение выпрямленного тока в относительных единицах:
= ;
Подставляем численные значения:
= = 0.173 .
Выпрямленное напряжение холостого хода выпрямителя (ЭДС выпрямителя):
= ;
где - среднее значение выпрямленного напряжения.
Подставляем численные значения, для = 1000 В :
= = 1250 В
Амплитудное значение фазной ЭДС на вторичной стороне трансформатора (соединение обмоток «звезда-звезда»):
= ;
= 1250 = 755.755 В.
Индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора:
= ;
где - среднее значение выпрямленного тока.
Подставляем численные значение, для = 10 А :
= 0.173 = 13.074 Ом.
Угол коммутации:
= аrccоs ( ;
Подставляем численные значения, получаем:
= аrccоs = .
Просадка напряжения при пуске выпрямителя при условии что = const:
e = ;
где - среднее значение выпрямленного напряжения, равное 1000В; K - кратность пускового тока, равное 5.
Подставляем числовые значения:
e = = 50
Наибольший выпрямленный ток короткого замыкания:
= ;
= = 57.806 А.
Ортогональные составляющие первой гармоники вторичного тока в относительных единицах:
= ;
= ;
= ;
Подставляем численные значении:
= = 0.108 А;
= = 0.08 А;
= = 0.134 А.
Действующее значение тока первой гармоники вторичной обмотки трансформатора (базисное значение тока):
= ;
= 0.134 А.
Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора:
= ;
= = 7.938 А.
Коэффициент трансформации трансформатора:
= ;
= = 0.713.
Действующее значение тока в первичных обмотках трансформатора:
=
= = 11.133 А.
Полная мощность трансформатора:
S = ;
S = 755.757.938 = 12730 А.
Угол сдвига первой гармоники входного тока относительно фазной ЭДС:
= g ;
= g = .
Активная мощность на входе выпрямителя:
P =
P = = 9979 В А.
Коэффициент мощности выпрямителя:
К = ;
К = = 0.784 .
Среднее значение анодного тока:
= ;
= = 3.333 А.
Максимальное значение анодного тока:
= ;
= 10 А.
Действующее значение анодного тока:
= ;
= = 5.612 А.
Анодное напряжение в момент включения вентиля:
= ;
= .
Анодное напряжение в момент выключения вентиля:
= ;
= = 934.475 В.
Максимальное значение обратного анодного напряжения:
= ;
= = 1309 В.
Действующее значение n-ой гармоники выпрямленного напряжения :
=
= , =
где п - номер гармоники выпрямленного напряжения, приняли равным 6;
- коэффициенты.
Подставляем численные значения, для:
= = = 71.364 В.
= = 0.093 ;
= = 0.13.
Проведя аналогичные вычисления по пункту 4.1.1.6., определили действующее значение выпрямленного напряжения для n = 12, 18, гармоник. Полученные результаты занесли в таблицу 4.1.1.1.
Действующее значение первой гармоники анодного напряжения:
=;
Подставляем численные значения: =
= 483.537 В.
Действующее значение гармоник анодного напряжения, для которых n=6К±1 (К=1,2,3…):
= ;
; ;
где - коэффициенты.
Подставляем численные значения:
= = 81.906 В.
= 0.106;
= 0.159.
Проведя аналогичные вычисления по пункту 4.1.1.28., определили действующее анодного напряжения для n=7. Полученные результаты занесли в таблицу 4.1.1.1.
Действующее значение гармоник анодного напряжения, для которых n=ЗК (К=1,2,З .. .):
=
= ; = ,
где - коэффициенты.
Подставляем численные значения: =
В.
= ;
=
Проведя аналогичные вычисления по пункту 4.1.1.29., определили действующее значение анодного напряжения для n=6. Полученные результаты занесли в таблицу 4.1.1.1
Для значений выпрямленного напряжения = 0.7; 0.65; 0.6; 0.55 повторили вычисления по пунктам 4.1.1.3-4.1.1.29, все результаты занесли в таблицу 4.1.1.1.
Таблица 4.1.1.1 - Расчётные параметры выпрямителя
|
Параметр |
Единица измерения |
Приведенное значение напряжения, |
|||||
|
0.80 |
0.70 |
0.65 |
0.60 |
0.55 |
|||
|
0.173 |
0.346 |
0.433 |
0.52 |
0.606 |
|||
|
B |
1250 |
1429 |
1538 |
1667 |
1818 |
||
|
B |
755.75 |
863.973 |
929.874 |
1008 |
1099 |
||
|
Oм |
13.074 |
29.93 |
40.264 |
52.416 |
66.6 |
||
|
Рад |
0.344 |
0.596 |
0.708 |
0.816 |
0.918 |
||
|
19.712 |
34.127 |
40.58 |
46.728 |
52.608 |
|||
|
А |
57.806 |
28.902 |
23.094 |
19.231 |
16.5 |
||
|
0.108 |
0.189 |
0.219 |
0.243 |
0.26 |
|||
|
0.08 |
0.187 |
0.248 |
0.311 |
0.376 |
|||
|
0.134 |
0.266 |
0.331 |
0.395 |
0.457 |
|||
|
А |
7.746 |
7.688 |
7.644 |
7.596 |
7.541 |
||
|
А |
7.938 |
7.768 |
7.691 |
7.617 |
7.545 |
||
|
0.713 |
0.624 |
0.58 |
0.535 |
0.49 |
|||
|
А |
11.133 |
12.45 |
13.26 |
14.236 |
15.398 |
||
|
S |
кВ |
12.730 |
14.240 |
15.170 |
16.290 |
17.590 |
|
|
Рад |
0.638 |
0.78 |
0.847 |
0.908 |
0.966 |
||
|
36.529 |
44.695 |
48.553 |
51.998 |
55.337 |
|||
|
0.803 |
0.711 |
0.662 |
0.615 |
0.569 |
|||
|
P |
кВ |
9.979 |
10020 |
9981 |
10000 |
9999 |
|
|
K |
0.784 |
0.704 |
0.658 |
0.615 |
0.569 |
||
|
А |
3.333 |
3.333 |
3.333 |
3.333 |
3.333 |
||
|
А |
5.613 |
5.493 |
5.438 |
5.386 |
5.335 |
||
|
B |
570.539 |
652.24 |
701.99 |
760.97 |
829.669 |
||
|
B |
934.475 |
1296 |
1473 |
1666 |
1865 |
||
|
B |
1904 |
||||||
|
B |
71.594 |
11.826 |
32.674 |
84.33 |
140.614 |
||
|
B |
16.643 |
69.449 |
58.188 |
20.418 |
34.182 |
||
|
B |
34.037 |
15.943 |
51.087 |
47.966 |
3.382 |
||
|
А |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
||
|
B |
483.537 |
480.05 |
471.465 |
457.402 |
434.834 |
||
|
B |
198.058 |
210.919 |
208.366 |
200.917 |
189.193 |
||
|
B |
99.481 |
62.712 |
29.515 |
13.134 |
64.844 |
||
|
B |
54.811 |
37.009 |
65.73 |
102.993 |
139.627 |
||
|
B |
45.424 |
25.128 |
70.105 |
116.311 |
159.224 |
Выбор тиристоров
Выбор тиристоров осуществляется из условий среднего тока, протекающего через прибор, и максимального значения обратного напряжения. Исходя их этих условий выбираем тиристорный мост S3РНВ30-1400. Характеристики и параметры приведены в приложении.
Расчёт семейства внешних характеристик
В работе трехфазно мостового выпрямителя можно выделить три режима работы: режим 2-3 (ток попеременно пропускают два или три вентиля); режим 3 (ток пропускают всегда три вентиля); режим 3-4 (ток попеременно пропускают три или четыре вентиля). С увеличением выпрямленного тока или индуктивного сопротивления при заданном напряжении питания один режим работы выпрямителя переходит в другой. Внешняя характеристика выпрямителя представляет собой зависимость выпрямленного напряжения от выпрямленного тока
Режим работы 2 - 3
При угле управления режим работы выпрямителя 2-3 сохраняется в диапазоне токов:
0 ;
0 25.031 А.
Семейство внешних характеристик выпрямителя при его работе в режиме 2-3 описывается равнением:
= ;
Подставляем численные значения.
Внешние характеристики в режиме 2-3 есть прямые линии, следовательно каждую из них можно построить по двум точкам, задавшись, например, значениями = 10А. Воспользовавшись формулой 4.1.2.2. и результатами таблицы 4.1.1.1. рассчитали выпрямленное напряжение при различных углах управления. Полученные значения занесли в таблицу 4.1.2.1.
Таблица 4.1.2.1 - Выпрямленное напряжение , В.
|
Выпрямленный ток А. |
Угол управления а, |
||||||||
|
0 |
10 |
20 |
25.84 |
30 |
45 |
60 |
70 |
||
|
0 |
1250 |
1231 |
1175 |
1125 |
1083 |
883.88 |
652 |
427.53 |
|
|
10 |
1125 |
1106 |
1050 |
1000 |
957.68 |
759.04 |
500.15 |
302.68 |
Режим работы 3
При угле управления 0 режим работы выпрямителя 3 сохраняется в диапазоне токов:
,
25.031 А43.355 А
Семейство внешних характеристик выпрямителя при его работе в режиме 3 описывается уравнением:
= 1.65
Подставляем численные значения, для
= 25.031 А, x =13.074Ом
= 1.65 = 935.24
Воспользовавшись формулой пункта 4.1.2.5. и результатами таблицы 4.1.1.1 рассчитали выпрямленное напряжение при разных значениях выпрямленного тока. Полученные значения занесли в таблицу 4.1.2.1.
Таблица 4.1.2.2 - выпрямленное напряжение , В.
|
Выпрямленный ток А |
|||||||||
|
25.031 |
27.5 |
30 |
32.5 |
35 |
37.5 |
40 |
42.5 |
43.355 |
|
|
935.24 |
902.39 |
864.54 |
821.40 |
772.12 |
715.42 |
649.36 |
570.69 |
539.93 |
Режим работы 3 - 4
Режим 3 - 4 работы выпрямителя наступает при углах управления Внешняя характеристика выпрямителя при этом режим описывается уравнением:
=
Внешние характеристики при входят в режим 3 - 4 после пересечения границей режима 3, которая описывается уравнением 4.1.2.2. Внешние характеристики в режиме 3 - 4 есть прямые линии, следовательно, каждую из них можно построить по двум точкам. Воспользовавшись уравнением пункта 4.1.2.4, рассчитали выпрямленное напряжение при угле управления равным 30° и 45°. Полученные результаты занесли в таблицу 4.1.2.2.
Таблица 4.1.2.3 - выпрямленное напряжение , В.
|
Выпрямленный ток А |
Угол управления |
||
|
43.355 |
541.234 |
467.462 |
|
|
47.5 |
385.987 |
Подобные документы
Способы и принципы преобразования частоты. Функциональная схема мультипликативного смешивания. Сложение сигналов промежуточной частоты и гетеродина при аддитивном смешивании. Преобразователь частоты в передатчике, их функции и необходимость использования.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 13.10.2012Преобразователи частоты: понятие, функции, достоинства и недостатки использования. Схемы преобразователя на диодах. Транзисторные преобразователи частоты и их преимущества и недостатки. Свойства линейного и активного элемента в биполярном транзисторе.
презентация [127,1 K], добавлен 26.11.2014Настройка схемы преобразователя. Зависимость частоты от входного напряжения и сопротивления. Время переходного процесса, его характеристика. Зависимость частоты от температуры при фиксированном входном напряжении. Анализ преобразователя частоты.
контрольная работа [637,6 K], добавлен 11.05.2014Моделирование генератора с кварцевым резонатором, оценка его добротности и стабильности. Разработка электронно-счетного частотомера; расчет параметров его структурных компонентов (мультивибратора, индикатора, триггера). Конструирование блока питания.
курсовая работа [773,3 K], добавлен 27.04.2011Преобразователи частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией тела тиристоров. Принцип работы силовой части на примере трехфазной-однофазной схемы со средней точкой. Структурные схемы устройств. Способы переключения управляемых вентилей.
контрольная работа [715,2 K], добавлен 26.12.2010Ознакомление с устройством преобразователя аналоговых сигналов в цифровые. Описание регистра управления и статуса устройства. Расчет коэффициента деления частоты тактового генератора микроконтроллера. Сборка схемы светодиодного индикатора напряжения.
лабораторная работа [277,3 K], добавлен 18.10.2015Аналого-цифровые преобразователи. Проектирование схем электрических принципиальных. Делитель напряжения, интегратор, компаратор, источник опорного напряжения, источник квантующих импульсов. Счетчик импульсов. Формирователь сигнала "Упр.SW1, "Запись".
курсовая работа [600,0 K], добавлен 23.11.2015Структурная схема преобразователя, расчет и выбор элементов силовой части схемы. Выбор и описание системы управления частотным преобразователем. Синтез и описание функциональной схемы работы системы управления. Особенности моделирования силовой части.
курсовая работа [6,2 M], добавлен 28.01.2015Принцип работы схемы электрической принципиальной регулируемого двухполярного блока питания. Выбор типа и элементов печатной платы и метода ее изготовления. Разработка топологии и компоновки печатного узла. Ориентировочный расчет надежности устройства.
курсовая работа [277,6 K], добавлен 20.12.2012Генерация токов повышенной частоты. Расчет электрического режима инвертора и выпрямителя. Выбор элементов и системы автоматического управления и защиты тиристорного преобразователя частоты. Временные диаграммы токов и напряжений, характеристики инвертора.
курсовая работа [339,6 K], добавлен 13.01.2011Характеристика основных показателей и классификация преобразователей частоты. Виды схем и особенности расчета. Анализ приемника супергетеродинного типа и его назначение. Описание принципа работы и структурная схема преобразователя частоты (гетеродина).
курсовая работа [491,8 K], добавлен 06.01.2012Выбор и разработка источника питания на основе высокочастотного преобразователя с бестрансформаторным входом. Рекомендуемые значения параметров и режимов. Выбор сопротивлений выходного делителя. Задание частоты генератора микросхемы. Расчет выпрямителя.
контрольная работа [334,9 K], добавлен 28.05.2013Схема и процесс зарядки диэлектрического конденсатора. Схема движения электронов к пластинам диэлектрического конденсатора. Процесс разрядки диэлектрического конденсатора на сопротивление. Особенности зарядки и разрядки электролитического конденсатора.
реферат [210,2 K], добавлен 06.10.2010Проектирование цифрового устройства для передачи сообщения через канал связи. Разработка задающего генератора, делителя частоты, преобразователя кода, согласующего устройства с каналом связи, схемы синхронизации и сброса, блока питания конечного автомата.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 28.01.2013Разработка структурной схемы свип-генератора. Схема генератора качающейся частоты. Основные характеристики и параметры усилителей. Нелинейные искажения усилителя. Входное и выходное напряжения. Расчёт коэффициента усиления по мощности усилителя.
курсовая работа [456,4 K], добавлен 28.12.2014Разработка функциональной схемы детектора, выбор типа микропроцессорной системы. Реализация узлов управления и обработки, интерфейса RS-232, преобразователя уровней напряжения TTL/LVTTL. Расчёт частоты синхроимпульсов микроконтроллера, световой индикации.
дипломная работа [780,5 K], добавлен 26.05.2015Структура и параметры преобразователей, использующихся в бытовой радиоэлектроаппаратуры. Типы преобразователей частоты. Использование электронно-оптических преобразователей. Выбор промежуточной частоты, настройка и регулировка преобразователей частоты.
реферат [239,8 K], добавлен 27.11.2012Способы и методы измерения частоты, их характеристика. Типы индикаторов и проектирование принципиальной электрической схемы блока индикации. Разработка предварительного делителя частоты. Алгоритм работы микропроцессора и конструктивное решение прибора.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 09.07.2013Разработка дискретного устройства, состоящего из генератора прямоугольных импульсов высокой частоты (100 кГц), счетчика импульсов, дешифратора, мультиплексора и регистра сдвига. Синтез синхронного конечного автомата, у которого используются D-триггеры.
курсовая работа [198,8 K], добавлен 08.02.2013Проектируемое устройство для сбора и хранения информации как информационно-измерительная система исследований объекта. Выбор элементной базы и принципиальной схемы аналого-цифрового преобразователя. Расчет автогенератора и делителя частоты, блока питания.
контрольная работа [68,9 K], добавлен 17.04.2011
