13 задание
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ»
Институт: Инженерная школа энергетики (ИШЭ)
Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника Отделение: Отделение электроэнергетики и электротехники (ОЭЭ)
Задание 13
Расчёт характеристик инвертора По дисциплине: Мехатронные системы летательных аппаратов
Вариант 9
Выполнил студент гр. 5А06: |
Сергеев А.С. |
(Дата, подпись) |
(Ф.И.О.) |
Проверил: к.т.н., доцент |
_________ |
Гирник А.С. |
(Степень, звание, должность) |
(Дата, подпись) |
(Ф.И.О.) |
Томск – 2023
Задача № 13.1
Для однофазного автономного инвертора напряжения (рис. 13.1): напряжение Е=27 В; индуктивность дросселя L=50 мГн; сопротивление нагрузки R=10 Ом; коэффициент заполнения γ=1/2; частота переключения транзисторов f= 400 Гц.
Требуется выполнить следующие задания:
1.Определить действующее значение и амплитуду основной гармоники напряжения на нагрузке.
2.Рассчитать мощность, потребляемую от источника.
Рисунок 1 – Автономный инвертор напряжения с активно-индуктивной нагрузкой
Коэффициент заполнения определяет относительную длительность ненулевых интервалов выходного напряжения инвертора за полупериод при широтно-импульсном регулировании. На рис. 13.2 приведены импульсы управления транзисторами и диаграмма напряжения на нагрузке при заданном значении γ. При подаче импульсов управления на транзисторы VT1, VT4 к нагрузке прикладывается положительное напряжение (при этом ток может протекать и через обратные диоды VD1, VD4), а при включенном состоянии транзисторов VT2, VT3 или диодов VD2, VD3 — отрицательное. За счет смещения импульсов управления на четверть полупериода появляются интервалы, на которых в проводящем состоянии находятся ключи 1, 2 или 3, 4, что позволяет получить нулевое напряжение на нагрузке, которая шунтируется последовательно соединенными транзистором и диодом из верхней или из нижней группы ключей.
2
Действующее значение напряжения, имеющего форму меандра с нулевыми интервалами, рассчитывается как
= √ = 19,09 В
Согласно разложению меандра в ряд Фурье можно вычислить амплитуду первой гармоники выходного напряжения
41 = ( 2 ) = 24,309 В
Ток нагрузки, экспоненциально меняющийся на каждом из четырех интервалов, которым соответствует включенное состояние различных ключей схемы, определяется как
Максимальное значение тока нагрузки:
= 0.178
Значение тока, до которого он снижается при отсутствии напряжения на нагрузке:
0 = 0.157
Мощность, потребляемая от источника:
ВХ = 0,189 Вт
3
Задача № 13.2
Для автономного инвертора напряжения (АИН), выполненного по трехфазной мостовой схеме, требуется выполнить следующие задания.
1.Изобразить схему трёхфазного мостового инвертора.
2.Рассчитать для заданного варианта напряжения источника питания максимальные действующие значения первой гармоники линейного и фазного напряжений на нагрузке при разных способах модуляции (вентили принять идеальными).
3.Рассчитать при заданном способе и коэффициенте модуляции действующие значения первой гармоники фазного напряжения и тока, принимая во внимание, что источник питания и вентили идеальны.
4.Рассчитать для заданного варианта действующие значения первой гармоники линейного и фазного напряжений на нагрузке при неидеальных источнике питания и ключах.
5.Рассчитать и построить внешнюю характеристику при постоянстве коэффициента мощности.
6.Рассчитать зависимость КПД АИН от глубины регулирования. Исходные данные:
Ed = 230 B, rнф = 30 Ом
Примечание:
Максимальные действующие значения первой гармоники фазного и линейного напряжений на нагрузке при разных способах модуляции (вентили приняты идеальными) рассчитываются следующим образом:
4
ф(1) = 81.317 В; л(1) = 140,846 В;
ф(1) = 93,897 В; л(1) = 162,635 В;
При формировании напряжений на выводах относительно средней точки источника питания:
ф(1)ид = 73.186 В; нф = 37,5 Ом; ф1 = 1.952
При формировании напряжений на выводах с помощью пространственного вектора:
ф(1)ид = 84,507 В; нф = 37,5 Ом; ф1 = 2,254
При формировании напряжений на выводах относительно средней точки источника питания:
|
= 71,11 В; |
= 123,168 В; |
= 1.025 Ом |
ф1 |
л1 |
1 |
|
При формировании напряжений на выводах с помощью |
|||
пространственного вектора: |
|
|
|
|
= 82,36 В; |
= 142,651 В; |
= 0,887 Ом |
ф1 |
л1 |
1 |
|
Внешняя характеристика АИН описывается уравнением:
5
При формировании напряжений на выводах относительно средней точки источника питания:
л(1) = 123,168 В;
Рисунок 2 – Внешняя характеристика при постоянстве коэффициента мощности
При формировании напряжений на выводах с помощью пространственного вектора:
л(1) = 142,335 В;
Рисунок 3 – Внешняя характеристика при постоянстве коэффициента мощности
6
Зависимость КПД АИН от глубины регулирования при рассчитанном токе и постоянстве cosφ определяется уравнением:
При формировании напряжений на выводах относительно средней точки источника питания:
= 0,924
При формировании напряжений на выводах с помощью пространственного вектора:
= 0,94
Вывод: в ходе выполнения практической работы были выполнены расчеты характеристик при формировании напряжений на выводах относительно средней точки источника питания и при формировании напряжений с помощью пространственного вектора для автономного инвертора напряжения (АИН), выполненного по трехфазной мостовой схеме, построены внешние характеристики при постоянстве коэффициента мощности.
7