- •Методика выполнения расчета статического преобразователя
- •1. Задание на проектирование статического преобразователя Тематика курсового проекта.
- •Исходные данные к проекту
- •Поставленные задачи
- •Содержание пояснительной записки
- •2. Методика выполнения расчета управляемого выпрямителя
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Расчет средних значений выпрямленного напряжения, тока и
- •1.3. Построение временных диаграмм, иллюстрирующих работу заданного управляемого выпрямителя.
- •1.4. Выбор полупроводниковых приборов (вентилей)
- •1.5. Вывод и графическое представление регулировочной характеристики проектируемого управляемого выпрямителя
- •1.6. Выбор питающего трансформатора
- •1.7. Выбор параметров фильтра
- •1.8. Расчет углов управления преобразователя
- •1.9. Внешняя характеристика преобразователя
- •1.10. Расчет энергетических показателей выпрямителя
- •1.11 Дополнительные разделы при рассмотрении режима работы с нагрукой- Противо-эдс
- •1.12 Особенности работы реверсивных преобразователей
- •1.14. Описание виртуальной модели исследования заданного преобразователя
- •1.15. Описание предложенной схемы управления преобразователя
- •Приложение
1.8. Расчет углов управления преобразователя
По формуле (1.1), паспортному значению напряжения U2ф, определить требуемые значения углов управления: min; ном; max.
1.9. Внешняя характеристика преобразователя
1. Рассчитать внешние характеристики проектируемого УВ для углов
управления min, ном, учитывая, что в общем виде с учетом коммутационных процессов и потерь напряжения на активных сопротивлениях элементов преобразователя напряжение на нагрузке определяется выражением:
Ud = (U2ф – m1 R ( - )/) cos – Uvs - m x2ф Id / 2;
где R – суммарное сопротивление цепи нагрузки выпрямителя, определяемое по формуле R =R2ф + Rф + Rvs + Rx. Здесь R2ф и Rx - активное и индуктивное сопротивления фазы трансформатора (соответственно), при чем последнее учитывает потери напряжения за счет угла коммутации : Rx = m x2ф /2; Rф - активное сопротивление фильтра; RVS -сопротивление вентиля.
Активное сопротивление фильтра (дросселя) определяется из условия, что падение напряжения на нем составляет UФ=(0,005-0,01)UН, Rф = Uф /Id. Значение RVS чаще всего определяется косвенно через падение напряжения в вентиле UVS, при условии, что UVS =const. Если ток проходит одновременно через два вентиля (мостовые схемы), то падение напряжения удваивается.
2. Построить внешние (нагрузочные) характеристики Ud =f(Id) для указанных в п. 1 значений.
1.10. Расчет энергетических показателей выпрямителя
1. Выпрямители являются потребителями несинусоидального тока, первая гармоника которого обычно сдвинута по отношению к синусоиде переменного напряжения сети. Поэтому коэффициент мощности выпрямителя зависит от фазового сдвига cos и от коэффициента искажения тока kI и определяется по формуле = kI cos.
2. Коэффициент фазового сдвига cos(1) может быть найден из отношения активной мощности Pd к суммарной, потребляемой выпрямителем из сети:
(1) = , где Q1 - реактивная мощность, вызываемая реактивной составляющей первичной гармонической тока.
Учитывая, что угол коммутации увеличивает фазовый сдвиг первой гармоники сетевого тока, коэффициент фазового сдвига рассчитать по формуле cos(1) = [cos + cos( + )]/ 2 = cos(+/2) cos/2.
3. Коэффициент искажения может быть определен, если входящую в кривую выпрямленного напряжения переменную составляющую рассматривать как сумму гармонического ряда.
4. Частоты спектра определить из уравнения f = m f; где f - частота напряжения питающей сети; m-частота пульсации в цепи выпрямленного напряжения; - номер гармонической составляющей.
5. Числовые значения амплитуд могут быть найдены по коэффициентам синусного и косинусного рядов Фурье. Общее выражение отношения амплитудного значения -й гармоники к среднему значению выпрямленного напряжения неуправляемого выпрямителя определяется по формуле
Umax/Ud0 = (1.3)
Для проектируемого управляемого выпрямителя рассчитать амплитудные значения высших гармонических составляющих и результаты свести в таблицу 1.4:
Таблица 1.4
Номер гармоники |
Частота высших гармонических |
Относительное содержание высших гармоник Umax при заданных углах: |
|||
|
f |
0 |
min |
ном |
max |
|
|
|
|
|
|
Для управляемого выпрямителя при α=0 и = 1 выражение (1.3) определяет коэффициент пульсации: kп = 2/(m2 - 1).
Спектр гармонических составляющих, входящих в состав кривой первичного тока, связан определенной закономерностью с составом гармонических в кривой выпрямленного напряжения. В зависимости от значения индуктивного сопротивления Xd: (при чисто активной нагрузке Xd=0), кривая выпрямленного напряжения Ud содержит широкий спектр высших гармонических, а высшие гармонические в кривой первичного тока I1ф отсутствуют.
В другом предельном случае при “чисто-индуктивной” нагрузке, когда Xd = , кривая выпрямленного напряжения не содержит гармонических составляющих, а в кривую первичного тока входит широкий спектр. Закономерным является то, что в кривую первичного тока I1ф входят только те гармонические составляющие, порядок которых отличается от порядка гармонических в кривой выпрямленного напряжения на +1: 1 = km + 1.
Здесь 1 – порядок гармонических в кривой первичного тока; k – целое число, k = 1, 2, 3….
Кратность амплитуды высшей гармонической 1-го порядка к основной гармонической определяется из отношения I()max/I(1)max = 1/1.
Амплитуда высших гармонических составляющих выпрямленного тока активно-индуктивной нагрузки определяется по формуле
, ,
где Td – электромагнитная постоянная времени цепи преобразователя,
Lэкв = Ld + Lvar, Ld - индуктивность цепей постоянного тока,
Lvar - индуктивность цепей переменного тока.
Наличие коммутационных участков, а также конечное значение Xd несколько изменяет значение амплитуд высших гармонических составляющих, однако это изменение относительно невелико и им можно пренебречь. Коэффициент искажения тока в первичной сети (предполагая, что напряжение сети синусоидально) может быть найден по выражению:
.
Под радикал вводятся только первые три гармонические, имеющие наибольшие амплитуды.
6. Важным энергетическим показателем работы УВ является коэффициент полезного действия:
= ,
где – действительная полная активная мощность, выделяемая на нагрузке, ∆Р – суммарная мощность потерь, определяемая по формуле: . Здесь Pd – среднее значение активной мощности, выделяемой на нагрузке; Pd=UdId; ∆Pd – мощность, выделяемая на нагрузке с учетом пульсаций выпрямленного напряжения и тока.
При некоторых допущениях справедливо считать, что мощность, определяемая пульсациями напряжения и тока нагрузки, может быть отнесена к мощности потерь, при этом = .
Основные потери активной мощности ∆Р определяются как потери в трансформаторе ∆Pтр, в вентилях ∆Рв, в сглаживающем фильтре Pф, потери во вспомогательных устройствах Pвсп: P = Pв + Pтр + Pф + Pвсп .
Потери в вентилях рассчитываются по формуле
Pв = mi UTVSIAVS,
где mi – количество вентилей в схеме выпрямления (одновременно работающих), ∆UTVS и IAVS – прямое падение напряжения и средний ток вентиля.
Потери в сглаживающем дросселе (фильтре) определяются формулой
Pф = UфId.
Потери в трансформаторе ∆Ртр определяются как суммарные потери в стали и меди:
Pтр .
Общий расход мощности во вспомогательных устройствах:
Pвсп = .