Содержание

Введение.

1. Анализ технического задания на курсовую работу, обоснование и разработка общей структурной схемы устройства.

2. Обоснование и выбор функциональных узлов, разработка функциональной схемы устройства.

3. Разработка (составление) и расчет принципиальной схемы устройства.

3.1 Выбор элементной базы и разработка принципиальной схемы устройства.

3.2 Энергетический расчет устройства.

4. Расчет параметров функциональных узлов и элементов устройства.

4.1 Составление модели устройства в среде Matlab\Simulink и определение параметров узлов и элементов.

4.2 Выбор силовых полупроводниковых приборов, модулей (СПП, СПМ) по результатам расчета.

5. Заключение по курсовой работе.

6. Список литературы.

7. Приложения.

7.1 Приложение 1.

7.2 Приложение 2

Введение

Для многих современных электронных устройств необходима энергия постоянного тока. Источниками постоянного тока могут служить гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы постоянного тока, термоэлектогенераторы и выпрямители. Наиболее распространенным источником постоянного тока является выпрямитель. Выпрямителем называют устройство, предназначенное для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. По сравнению с другими источниками постоянного тока выпрямители обладают существенными преимуществами: они просты в эксплуатации и надежны в работе, обладают высоким КПД, имеют длительный срок службы. Структурная схема выпрямителя приведена на рисунке:

рис.1

Трансформатор 1 предназначен для изменения питающего напряжения сети с целью получения заданной величины выпрямленного напряжения на нагрузке 4. С помощью выпрямителя 2 осуществляют преобразование переменного напряжения в пульсирующее. Фильтр 3 предназначен для сглаживания пульсаций выходного напряжения выпрямителя. В отдельных случаях могут отсутствовать некоторые звенья приведенной структурной схемы, за исключением основного элемента - выпрямителя. Например, выпрямитель может быть включен в сеть без трансформатора или работа выпрямителя на нагрузку осуществляется без фильтра. С другой стороны, очень часто в состав выпрямителя входит стабилизатор напряжения или тока (схема, которая отслеживает все изменения напряжения или тока со стороны входа и выхода и поддерживает постоянным напряжение или ток на нагрузке), который можно включать на выходе (по постоянному току) или на входе (по переменному току). Питание электронной аппаратуры чаще всего осуществляется с помощью маломощных выпрямителей, работающих от однофазной сети переменного тока. Такие выпрямители называются однофазными, но существует соответственно и ещё один класс – многофазных выпрямителей (с нулевым выводом, мостовые  схема Ларионова).

Для питания мощных промышленных установок используют выпрямители средней и большой мощности, работающие от трехфазной сети. В современных выпрямителях в качестве вентилей чаще всего используются полупроводниковые диоды. В электронной аппаратуре широко применяются преобразователи постоянного напряжения, позволяющие преобразовать постоянный ток одного напряжения в постоянный или переменный ток другого напряжения.

1. Анализ технического задания на курсовую работу, обоснование и

разработка общей структурной схемы устройства.

Основной целью выполнения курсовой работы по дисциплине «Силовая электроника в системах управления и контроля» является приобретение практических навыков в выборе и расчете параметров полупроводниковых приборов и других компонентов силовых электронных устройств (СЭУ), самостоятельного решения задач по разработке и анализу (расчету) схем СЭУ. Курсовая работа предусматривает выбор и расчет силовых устройств на основе полупроводниковых приборов, а также разработку схем систем управления, защиты различных СЭУ и выбор элементов в соответствии с расчетными параметрами. В ходе выполнения курсовой работы мы рассмотрим трехфазный выпрямитель.

Наиболее распространены трёхфазный выпрямитель по схеме Миткевича В.Ф. (на трёх диодах), предложенный им в 1901 г., и трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова А.Н. (на шести диодах), предложенный им в 1923 г.. Менее известны трёхфазные выпрямители по схемам «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах) и другие, которые по многим параметрам превосходят и схему Миткевича и схему Ларионова. При этом требуются диоды со средним током через один диод почти вдвое меньшим, чем в схеме Ларионова.

Следует отметить, что выпрямитель Миткевича является четвертьмостовым параллельным, выпрямитель Ларионова является не полномостовым, как его часто считают, а полумостовым параллельным («три параллельных полумоста»). В зависимости от схемы включения трёхфазного трансформатора или трёхфазного генератора (звезда, треугольник) схема Ларионова имеет две разновидности: «звезда-Ларионов» и «треугольник-Ларионов», которые имеют разные напряжения, токи, внутренние сопротивления.

По схемам можно заметить, что схема Миткевича является недостроенной схемой Ларионова, а схема Ларионова является недостроенной схемой «три параллельных моста».

Из-за принципа обратимости электрических машин по этим же схемам строятся и преобразователи (инверторы).

2.Обоснование и выбор функциональных узлов, разработка функциональной схемы устройства.

Схема Ларионова.

Вентили 1,3,5 образуют катодную, а вентили 2,4,6 – анодную группы (рис.1). Из катодной группы ток пропускает тот вентиль, к аноду которого подводится большее положительное напряжение.

Следует отметить, что нумерация вентилей в данной схеме носит не случайный характер, а соответствует порядку их вступления в работу при условии соблюдения фазировки трансформатора (рис.2).

Рис. 1. Функциональная схема выпрямителя.

В любом промежутке времени должны быть включены два вентиля – один из катодной, а другой из анодной группы. Поочередная работа различных пар вентилей в схеме приводит к появлению на сопротивлении выпрямленного напряжения, состоящего из частей линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора (ось 2 на рис.2) .

Из рис.2 (оси 1 и 2) видно, что моменты коммутации совпадают с моментами прохождения через нуль линейных напряжений (когда равны два фазных напряжения).

В промежутке (0-01) наибольшее положительное значение имеет напряжение , подаваемое к аноду вентиля 1, а наибольшее отрицательное значение – напряжение , подводимое к катоду вентиля 6. Следовательно, в этом промежутке одновременно включены вентили 1 и 6.

Через вентиль 1 положительное напряжение подводится к нижнему зажиму, а через вентиль 6 отрицательное напряжение подводится к верхнему зажиму сопротивления . Поэтому выпрямленное напряжение

Рис.2. Кривые токов и напряжения

В точке 01 напряжение , поэтому из анодной группы включается вентиль 2. Так как правее точки 01 напряжение имеет наибольшее отрицательное значение, вентиль 6 выключается. В промежутке (01-02) одновременно включены вентили 1 и 2 и выпрямленное напряжение

u_d=u_a-u_c

Очевидно, что амплитуда выпрямленного напряжения

U_d.max= E₂

К каждому закрытому вентилю приложено линейное напряжение, поэтому амплитуда обратного напряжения

U_v.max= E₂

Число пульсаций выпрямленного напряжения m=6

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения (среднее значение) вычисляется для интервала повторяемости выпрямленного напряжения, равного :

E_d = (1)

где E₂– действующее значение фазного напряжения вторичных обмоток трансформатора.

Действующее значение тока вторичной обмотки (ось 6)

I₂ = , I_d = (2)

Действующее значение тока первичной обмотки

(3)

Максимальное значение тока вентиля

I_vmax= I_d (4)

Среднее значение тока вентиля

I_{v сред} = (5)

Действующее значение тока вентиля

I_v = (6)