Реферат: Расчет неуправляемых и управляемых выпрямителей при различных режимах работы

                            СОДЕРЖАНИЕ

    

    Введение …………………………………………………………………. 4

1.  Расчет выпрямителя  на  активную  промышленную  нагрузку ……… 5

    1.1  Выбор  рациональной схемы  выпрямителя ……………………… 5

    1.2  Расчет  качественных показателей  выпрямителя ………………. 6

2.  Расчет выпрямителя  на  активно-индуктивную  нагрузку 

    электрических аппаратов ……………………………………………… 8      

3.<span Times New Roman"">    

Особенности  работы и  расчет  выпрямителя на  емкостной 

    накопитель  энергии……………………………………………………. 11    

4. Расчет  выпрямителя  с учетом  явления  коммутации ……………… 14

5. Расчет  управляемого  выпрямителя в  режиме  стабилизации

    выходного  напряжения………………………………………………… 16

6.<span Times New Roman"">    

Определение  энергетических  показателей выпрямителя  при

    различных  характерах нагрузки ……………………………………… 20

7. Схематическое  моделирование  выпрямителя с  помощью

    программных  средств…………………………………………………… 26

8. Разработка  принципиальной  схемы управляемого  выпрямителя

    для  электропривода  постоянного тока ……………………………… 30

    Приложение А ………………………………………………………… 33

    Приложение Б …………………………………………………………… 34

    Приложение В …………………………………………………………… 35

    Приложение Г …………………………………………………………… 36

    Приложение Д …………………………………………………………… 37

    Заключение ……………………………………………………………… 38

    Список  литературы ………………………………………………………39

                                 

                                             Введение

Энергия,  содержащаяся в  природных  источниках (каменный уголь,  вода и  т.п.)  является первичной,  а  устройства, преобразующие  её  в энергию  электрическую,  называются источниками  первичного  электропитания (ИПЭ).  Непосредственное  использование ИПЭ  затруднено  тем, что  их  выходное напряжение  в  большинстве случаев  стандартное  переменное.  Между  тем  почти половина  электроэнергии  потребляемой в  нашей  стране потребляется  в  виде постоянного  напряжения  различных значений  или  тока нестандартной  частоты.  Потребителями могут  служить:  электропривод (активно-индуктивная  нагрузка), лампы,  нагревательные  устройства (активная  нагрузка), сварочные  аппараты,  технологические  установки (активно-емкостная  нагрузка) и  т.д.

Питание  подобных потребителей  осуществляется  от источников  вторичного  электропитания (ИВЭ). ИВЭ – это  устройства, предназначенные  для  преобразования  электроэнергии  ИПЭ до  вида  и качества,  обеспечивающих  нормальное функционирование  питаемых  им потребителей.  В  состав ИВЭ,  в  соответствии с  рисунком 1,  кроме самого  устройства  ИВЭ могут  входить  дополнительные  устройства.

Внешнее  управление

Устройство     управления  и  контроля

Источник  вторичного  электропитания

Устройство  защиты  и  коммутации

ИПЭ

Нагрузка

Сигналы  защиты  и  коммуникации

Рисунок 1 – Обобщенная  структурная  схема  ИВЭ.

<img src="/cache/referats/24309/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1099 _x0000_s1094 _x0000_s1091 _x0000_s1093 _x0000_s1087 _x0000_s1080 _x0000_s1061 _x0000_s1051 _x0000_s1044 _x0000_s1048 _x0000_s1049 _x0000_s1050 _x0000_s1055 _x0000_s1058 _x0000_s1059 _x0000_s1060 _x0000_s1079 _x0000_s1067 _x0000_s1068 _x0000_s1077 _x0000_s1078 _x0000_s1081 _x0000_s1082 _x0000_s1083 _x0000_s1086 _x0000_s1092 _x0000_s1098">

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

В  данной работе  подлежит  разработке и  расчёту  полная принципиальная  схема,  а также  моделирование  электрических режимов  силовой  части электропитающего  устройства  с помощью программного  пакета  EWB.

1.  Расчет  выпрямителя на  активную  промышленную нагрузку

Рассчитать  неуправляемый выпрямитель  с  активной нагрузкой (без  потери  напряжения в  фазах  выпрямителя), если  известны  среднее значение  выпрямленного  напряжения и  тока: U0= 60 В,     I0= 30 А.

Требуется:

1.  Определить рациональный тип схемывыпрямителя. Вычертить принципиальную и эквивалентную схемы этого выпрямителя.

2. Вычислить частоту fП(1)и коэффициент пульсаций kП(1)выпрямленного напряжения u0по основной гармонике; величину сопротивления R0нагрузки и её мощность P0, среднее Iпр.vи эффективное Iэфф.v значения прямого тока вентиля, действующие значения фазных ЭДС E2и тока I2вентильных обмоток трансформатора.

3. Вычертить, соблюдаямасштаб по оси ординат и по оси абсцисс                           (-π/2≤ωt≤5π/2), кривыемгновенных  значений: фазных ЭДС e2, выпрямленного напряжения u0(отметить уровень U0) и обратного напряжения uобр.vна вентиле (отметить уровень Umax.v), а также тока i2вентильной обмотки трансформатора (отметить уровень I2) и прямого тока iпр.vвентиля (отметить уровни Iпр.vи Iэфф.v).

                1.1   Выбор  рациональной схемы  выпрямителя

Для определения  типа  схемы выпрямителя  рассчитаем  мощность, потребляемую  в  нагрузке:

                                               P0= U0·I0,                                                   (1.1)

    P0= 60·30 = 1800 Вт

В результате  наиболее  рациональным типом  выбираем  однофазную мостовую  схему  выпрямителя, в  соответствии  с рисунком 1.1.

VD2

VD3

~U1

~U1

i1

VD4

i0

U0

VD1

i2

R0

<img src="/cache/referats/24309/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1100 _x0000_s1101 _x0000_s1102 _x0000_s1103 _x0000_s1104 _x0000_s1105 _x0000_s1106 _x0000_s1107 _x0000_s1108 _x0000_s1109 _x0000_s1110 _x0000_s1111 _x0000_s1112 _x0000_s1113 _x0000_s1114 _x0000_s1115 _x0000_s1116 _x0000_s1117 _x0000_s1118 _x0000_s1119 _x0000_s1120 _x0000_s1121 _x0000_s1122 _x0000_s1123 _x0000_s1124">


Рисунок1.1 — Принципиальная  схема  однофазного мостового  выпрямителя

Учитывая,  что в  фазах  нет потерь, то  пороговое  напряжение, динамическое  сопротивление  прямой ветви  ВАХ  диода, а  также  индуктивность рассеяния  и  активное сопротивление  обмоток  трансформатора  принимаем равным  нулю:   Uпор.v= 0, Rg.v= 0,  Ls= 0, RT+ pRg.v.  Тогда  принципиальная  схема примет  вид  в соответствии  с  рисунком 1.2:

i0

U0

R0

VD2ид

VD3ид

VD4ид

e2

VD1ид

~

<img src="/cache/referats/24309/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1290 _x0000_s1125 _x0000_s1126 _x0000_s1127 _x0000_s1128 _x0000_s1129 _x0000_s1130 _x0000_s1131 _x0000_s1132 _x0000_s1133 _x0000_s1134 _x0000_s1135 _x0000_s1136 _x0000_s1137 _x0000_s1138 _x0000_s1139 _x0000_s1140 _x0000_s1288">


Рисунок 1.2 — Эквивалентная  схема однофазного  мостового

                        выпрямителя  с учетом  допущений

           1.2   Расчет  качественных показателей  выпрямителя

Вычисляем  частоту пульсаций  fП(1)  по  формуле:

                                             fП(1)= m2·p·f1,                                                (1.2)

где m2–число  фаз  вторичной обмотки  преобразовательного

                трансформатора,  m2= 1;

        p– тактность  выпрямителя, p= 2;

        f1– частота питающей  сети,  f1= 50  Гц.

        fП(1)= 1·2·50 = 100 Гц.

Вычисляем  коэффициент пульсаций  kП(1) по  формуле:

                                        kП(1)= <img src="/cache/referats/24309/image007.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> ,                                              (1.3)

        kП(1)= <img src="/cache/referats/24309/image009.gif" v:shapes="_x0000_i1026"> <img src="/cache/referats/24309/image011.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> 0,667.

Вычисляем  величину сопротивления  R0  нагрузки  по закону  Ома:

                                               R0= <img src="/cache/referats/24309/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> ,                                                      (1.4)

     R0= 60 / 30 = 2 Ом.

Вычисляем  среднее значение  прямого  тока  Iср.v вентиля  по  формуле [1]:

                                                Iср.v= <img src="/cache/referats/24309/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1029">  ,                                            (1.5)

      Iср.v= 30 / 1·2 = 15 А.

Вычисляем  эффективное значение  прямого  тока вентиля  Iэфф.v по  формуле [1]:

                                             Iэфф.v= kф.v·Iср.v ,                                             (1.6)

где kф.v– коэффициент формы  кривой  тока вентиля, 

                 kф.v= 1,57 — принимаем  в зависимости  от  схемы 

                 выпрямителя, [1,18].

      Iэфф.v= 1,57 ·15 = 23,55 А.

Вычисляем  действующее значение  фазных  ЭДС  E2  и  тока  I2  по  формулам [1,18]:

                                             E2= 1,11·U0,                                                   (1.7)

                                             I2= 1,11·I0,                                                       (1.8)

      

   E2= 1,11·60= 66,61 В,              I2= 1,11·30= 33,3 А.

Вычисляем максимальное  обратное  напряжение на  вентиле  по формуле [1,18]:

                                          Umax.v= <img src="/cache/referats/24309/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1030">                                                     (1.8)

      Umax.v = <img src="/cache/referats/24309/image019.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> = 94,2 В.

Графики   зависимостей   e2(wt),  u0(wt),  i2(wt),  iVD1(wt)   приведены   в приложении А.

2.  Расчет  выпрямителя на  активно-индуктивную  нагрузку

электрических  аппаратов

Схема  выпрямителя (без  потерь напряжения  в  фазах выпрямителя),  значение  фазных ЭДС  E2 и  величина активного  сопротивления  R0  нагрузки  сохранились такими же,  как  и в  пункте 1.2. Индуктивное  сопротивление нагрузки  XL= m2·p·ω·L0  на  частоте m2·p·ω = m2·p·2π·f1 пульсаций  основной гармоники  в  n= 3 раза  больше  величины сопротивления  R0.

Требуется:

1.  Вычертить  эквивалентную  схему  выпрямителя без  потерь  в  фазахвыпрямителя  с  активно-индуктивной  нагрузкой.

2.  Вычислить среднее  значение напряжения U0и  тока I0нагрузки, коэффициент пульсаций  kП(1) на нагрузке, среднее Iср.v и эффективное Iэфф.v значения  прямого тока  вентиля, действующее  значение I2тока i2 вентильной  обмотки преобразовательного трансформатора.

3.  Для значений  фазового  угла (-π/2≤ωt≤π/2)  вычислить (для девяти значений ωt) вынужденную  и свободную  составляющие  тока  и  полный ток  i0, а  также  мгновенное значение  напряжения  u0 на  нагрузке R0.

4.  Вычертить (соблюдая  масштаб, принятый  в задании №1)  кривые  мгновенных значений  фазных  ЭДС  e2, выпрямленного  напряжения  u0(отметить уровень U0), токов  i0, i0, в, i0, св(отметить уровень I0),  тока i2вентильной обмотки (отметить уровень I2).

VD2ид

VD3ид

VD4ид

e2

VD1ид

i0

U0/

R0

L0

~

<img src="/cache/referats/24309/image021.gif" v:shapes="_x0000_s1293 _x0000_s1141 _x0000_s1142 _x0000_s1143 _x0000_s1144 _x0000_s1145 _x0000_s1146 _x0000_s1147 _x0000_s1148 _x0000_s1149 _x0000_s1150 _x0000_s1151 _x0000_s1152 _x0000_s1153 _x0000_s1154 _x0000_s1155 _x0000_s1156 _x0000_s1157 _x0000_s1292">


Рисунок 2.1 — Эквивалентная  схема однофазного  мостового

                        выпрямителя  при активно-индуктивной  нагрузке

          Расчет качественных  показателей  выпрямителя

Вычисляем  индуктивное сопротивление  нагрузки  XL, которое  в  n=3  раза больше  величины  сопротивления   R0,  по  формуле:

                                          L0= <img src="/cache/referats/24309/image023.gif" v:shapes="_x0000_i1032">,                                                (2.1)

где  ω– круговая  частота, ω=  2π·f1,  с-1.

     L0= <img src="/cache/referats/24309/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> = 9,55·10-3 Гн.

Вычисляем величину  выпрямленного  действующего значения  U0/  по  формуле:

                                                U0/= <img src="/cache/referats/24309/image027.gif" v:shapes="_x0000_i1034">,                                                  (2.2)

      U0/= <img src="/cache/referats/24309/image029.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> = 60 В.

Так  как среднее  значение  ЭДС  eL индуктивности  L0  за  период равно  нулю,  то среднее  значение  напряжения на  выходе  фильтра и  нагрузке  практически одинаковы,  т.е.  U0= U0/= 60 В.

По  закону Ома  вычислим  значение тока  I0:

       I0= <img src="/cache/referats/24309/image031.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> = 30 А.

Вычисляем  коэффициент пульсаций  kП(1) на  нагрузке  R0  по  формуле [1,22]:

                     kП(1)= <img src="/cache/referats/24309/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1037">                 (2.3)

kП(1)= <img src="/cache/referats/24309/image035.gif" v:shapes="_x0000_i1038"> = 0,211.

Вычисляем  среднее значение  прямого  тока вентиля  по  формуле (1.5):

                                                Iср.v= <img src="/cache/referats/24309/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1039">  ,                                           

      Iср.v= 30 / 1·2 = 15 А.

Вычисляем  эффективное значение  прямого  тока вентиля  Iэфф.v по  формуле (1.6):

                                             Iэфф.v= kф.v·Iср.v ,                                            

где  kф.v= <img src="/cache/referats/24309/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1040">

   Iэфф.v= <img src="/cache/referats/24309/image039.gif" v:shapes="_x0000_i1041">

Вычисляем  действующее значение  тока  I2  вентильной  обмотки преобразовательного трансформатора  по  формуле [1,22]:

                                            I2= <img src="/cache/referats/24309/image041.gif" v:shapes="_x0000_i1042">·I0,                                               (2.4)

         I2= <img src="/cache/referats/24309/image043.gif" v:shapes="_x0000_i1043">·30 =42,43 А.

Вычисляем  вынужденную i0, в  и свободную  i0, св составляющие  и  полный ток  i0  для  значений угла -π/2≤ω≤π/2 по  формуле [1,20]:

i0= i0, в+ i0, св=<img src="/cache/referats/24309/image045.gif" v:shapes="_x0000_i1044">,  (2.5)

где  E2m– амплитудное  значение фазной  ЭДС  E2,  E2m= <img src="/cache/referats/24309/image039.gif" v:shapes="_x0000_i1045">E2,  В;

        φ = — arctg(<img src="/cache/referats/24309/image048.gif" v:shapes="_x0000_i1046"> — arctg(<img src="/cache/referats/24309/image050.gif" v:shapes="_x0000_i1047">6,30.

Результаты  вычислений заносим  в  таблицу 1.

Таблица1 — Результаты  вычислений

<table cellspacing=«0» cellpadding=«0» ">

ωt

-π/2

-π/3

-π/6

π/6

π/3

π/2

i0,в

-21,74

-11,58

1,69

14,49

23,42

26,07

21,74

i0,св

49,58

34,98

24,68

17,41

12,28

8,66

6,11

i0

27,84

23,4

26,37

31,9

35,7

34,73

27,85

u0

55,7

46,8

52,74

63,8

71,4

69,46

55,7

Значения  мгновенных напряжений  u0  определяем  по закону  Ома,  т.е.  u0= i0·R0.

Графики   зависимостей e2(wt), u0(wt), U0, i2(wt), i0, в(wt), i0, св(wt), i0(wt),  приведены   в  приложенииБ.

3.<span Times New Roman"">   

Особенности работы  и  расчет выпрямителя  на  емкостной

                             накопитель энергии

Схема выпрямителя,  среднее  значение выпрямленного  напряжения  U0  и  тока  I0  остались  такими же,  как  и в  пункте 1.2,  но параллельно  с  сопротивлением  R0  нагрузки  включен конденсатор  C0.  В  фазах выпрямления  имеются  сопротивления активных  потерь  RП= RТР+p·RДV  (RТР– омическое  сопротивление обмоток  трансформатора,  RДV– динамическое  сопротивление вентиля),  величина  которых в  k = 15  раз  меньше сопротивления  R0  нанагрузке.  Коэффициент  пульсации kП(1)  на нагрузке  и  частота питающей  сети  f1  такие  же, как  в  пункте 2.1.

Требуется:

1.  Вычертить  эквивалентную схему  выпрямителя (с активнымсопротивлением потерь в фазах) с активно-емкостной  нагрузкой.

2.  Вычислить  действующие значения фазных ЭДС E2 и  тока  I2  вентильной  обмотки трансформатора;  емкость  конденсатора C0,  среднее Iср.v  и эффективное Iэфф.v значения  прямого тока  вентиля.

3.  Вычертить (соблюдая  масштаб, принятый  в задании №1)  кривые  мгновенных значений  фазных  ЭДС  e2(отметить уровень U0и значение двойного угла 2θ  отсечки), тока i2вентильной обмотки (отметить уровень I2)  и  прямого тока  iпр.v вентиля (отметить уровень Iэфф.vи Iср.v).

i0

U0

R0

VD2ид

VD3ид

VD4ид

e2

VD1ид

С0

~

Rп

<img src="/cache/referats/24309/image051.gif" v:shapes="_x0000_s1298 _x0000_s1295 _x0000_s1158 _x0000_s1159 _x0000_s1160

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике