ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего и профессионального образования

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Наименование института: Электротехнический институт

Наименование выпускающей кафедры: Электропривода и электрооборудования

Наименование учебной дисциплины: Силовые преобразователи электрической энергии

Однофазный мостовой зависимый инвертор

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Силовые преобразователи электрической энергии»

Исполнитель:

студент группы 5А0С3 _____________ Мовсумов Т.М

подпись

_______________

дата

Руководитель:

Доцент ____________ Качин О.С

Подпись

_______________

дата

Томск – 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...................................................................................................................3

Описание схемы…………………………………………………………………...5

Силовая часть. Расчет инвертора, ведомого сетью……………………………..6

Расчет коэффициента мощности зависимого инвертора……………………….8

Расчет входной и ограничительной характеристик инвертора……………… 9

Расчет сглаживающего дросселя……………………………………………….13

Расчет трансформатора………………………………………………………… 15

Расчет неуправляемого выпрямителя…………………………………………..23

Расчет трансформатора для выпрямителя……………………………… ……25

Разработка системы управления и защиты………………………………….....33

Список использованной литературы………………………………………....39

Введение

Инвертор - это устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока в переменный. В преобразовательных устройствах режим инвертирования очень часто чередуется с режимом выпря­мителя, т. е. одна и та же преобразовательная установка может быть и выпрямителем и инвертором (например, в электроприводах посто­янного тока). В двигательном режиме электропривода преобразова­тельная установка выполняет функции выпрямителя, передавая мощность двигателю постоянного тока. При переходе машины в ре­жим генератора (движение под уклон, спуск груза, торможение и т. д.) преобразователь работает в режиме инвертирования, отда­вая мощность, генерируемую машиной постоянного тока, в сеть пере­менного тока. Таким образом, при инвертировании источник посто­янного напряжения работает как генератор электрической энергии, у которого направления э. д. с. и тока совпадают, а нагрузка (сеть переменного тока) — как потребитель, у которого направления э. д. с. и тока встречны, т. е. напряжение на вторичной обмотке трансформатора и анодный ток тиристоров имеют разное направление.

Различают два типа инверторов: инверторы, ведомые сетью (зависимые), отдающие энергию в сеть переменного тока, и автоном­ные (независимые инверторы), у которых потребителем является нагрузка переменного тока, не имеющая других источников пере­менного напряжения.

В инверторах, ведомых сетью, ток с одного тиристора на другой коммутируется напряжением сети переменного тока, а частота ин­вертированного тока на выходе равна частоте сети.

Тема курсового проекта: однофазный мостовой зависимый инвертор.

Исходные данные к курсовому проекту:

Мощность нагрузки: Pd=3000 Вт;

Э.Д.С. источника постоянного напряжения Е₀=120 В;

Напряжение питающей сети U₁=380/220 В;

Частота питающей сети f=50 Гц.

Перечень подлежащих к разработке вопросов:

1. Выбор силовых вентилей;

2. Определение параметров силового трансформатора;

3. Расчет входной и ограничительной характеристики;

4. Разработка структурной схемы системы управления и защиты.

Описание схемы

Рис.1. Схема транспортировки электрической энергии.

Рис.2. Однофазный мостовой зависимый инвертор.

Пусть до момента были включены вентили и . При условии , а токи в вентилях будут иметь вид, показанный на рис. 2. Для коммутации тока с вентилей на вентили в точке ( ) открываются вентили и ток вентилей в течение угла снижается до , а ток вентилей нарастает за этот же период до тока . Так же, как и в предыдущей схеме угол является углом восстановления управляющих свойств вентилей или углом запаса. На рис. 2 изображена форма напряжения на вентилях .

I.Силовая часть .

1. Расчет инвертора ведомого сетью.

1.1.1. Согласно варианту задания рассчитываем параметры однофазной мостовой схемы инвертора

1.1.2. Среднее значение подъема напряжения в момент коммутации

,

где А- коэффициент наклона входной характеристики инвертора, который определяется согласно выражению

m – пульсность выбранной схемы (m=2);

a=0.9, b=1.11.

Таким образом:

.

=7% - напряжение короткого замыкания.

принимаем, с учетом внутреннего сопротивления источника питания 0.95Е₀

,

1.1.3. Индуктивность рассеяния трансформатора

,

1.1.4. В качестве вентилей предварительно выбираем тиристоры с параметрами:

-угол запаса.

- время восстановления управляющих свойств тиристоров.

принимаем из самых наихудших условий:

1.1.5. Определяем угол опережения и действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

1.1.6. Определяем коэффициент трансформации

2. Параметры вентилей.

,

.

Выбираем тиристоры серии ТЧ, характеризующимися малым временем включения и выключения и малыми коммутационными потерями.

Имеют релейную характеристику с управляемым напряжением переключения, устойчиво работают при температуре окружающей среды от

при относительной влажностью до 98%.

Тип – ТЧ-16;

Предельный ток – 16 А;

Напряжение переключения – до 1000 В;

Повторяющееся напряжение – 100-1200 В;

Прямое падение напряжения – не более 1,4 В;

Прямой и обратный ток утечки – не более 20 мА;

Амплитуда импульса ударного тока длительностью 10 мс – 170 А;

Допустимая скорость нарастания прямого тока – 100 А/мкс;

Допустимая скорость нарастания прямого напряжения – 100 В/мкс.

1.3. Определяем параметры силового трансформатора

,

,

2. Расчет коэффициента мощности зависимого инвертора

В инверторе, ведомом сетью напряжение в первичной гармонике трансформатора сунусоидально, а ток - несинусоидален. Коэффициент мощности в таких схемах определяется из выражения:

.

где - коэффициент сдвига, учитывающий смещение первой гармонической тока к синусоидальному напряжению сети;

- коэффициент искажения, учитывающий наличие высших гармонических в кривой тока.

При прямолинейном изменении анодного тока во время коммутации сдвиг между током и напряжением составляет:

,

2.1. Выражение для определения угла коммутации :

определяем из рис.1

,

2.2. Действующее значение первой гармоники тока найдём из разложения функции в ряд Фурье.

, где - амплитудное значение первой гармоники первичного тока.

,

2.3. Находим коэффициент искажения

.

2.4. Рассчитываем численное значение коэффициента мощности зависимого инвертора

.

С увеличением угла опережения коэффициент мощности снижается.

Уменьшение угла опережения приводит к уменьшению угла и соответственно к увеличению вероятности опрокидывания инвертора.