Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Силовые полупроводниковые приборы. Учебно-методическое пособие
.pdf
интервале
– диоды
2
D
и
3
. В результате напряжение
4
e
d
D
на выходных зажимах выпрямителя в пределах первого интервала
определяется положительной полуволной питающей ЭДС
делах второго интервала – ее отрицательной полуволной, развернутой
о
на 180
относительно оси времени.
e
, а в пре-
2
Рис. 1.2. Диаграммы токов и напряжений при L
и при X
Как видим, форма напряжения
/ Rd → ∞ (справа)
d
e
на выходных зажимах вентиль-
d
= 0 (слева)
d
ного комплекта остается неизменной при любом характере нагрузки
(рис. 1.2, б). В ней можно выделить две составляющие: постоянную
составляющую
щую
, которая характеризует отклонение реальной кривой от сред-
de
E (среднее значение) и переменную составляю-
()dav
него уровня (на рис. 1.2, б эти отклонения показаны точками):
eE e
(1.1)
ddavd
()
11
.
Постоянная составляющая
E
E
E
E
E является полезной. Собственно
()dav
говоря, выпрямители и делаются именно ради нее. Переменная же составляющая
является вредной, которая характеризует неидеаль-
de
ность преобразования переменного напряжения в постоянное. Чем
меньше переменная составляющая, тем выше качество выпрямленного
напряжения.
Среднее значение выпрямленного напряжения
E (average val-
()dav
ue) определяется как
где
1
Ed E
() 2
dav dm
– действующее значение ЭДС питающей сети;
2
sin( ) 0,9 ,
0
22
E
2
(1.2)
– макси-
dm
мальное значение выпрямленного напряжения, равное амплитуде питающей ЭДС:
EE
22
dm m
Максимальная величина обратного напряжения
2
, (1.3)
U
, приклады-
Rm
ваемого к диодам, при любом характере нагрузки равна амплитуде
ЭДС питающей сети (рис. 1.2, д):
UE E
22
Rm m
2.
(1.4)
Изменение характера нагрузки, не влияющее на форму кривой и
интегральные параметры выпрямленного напряжения, отразится на
форме и интегральных параметрах тока, протекающего в контуре
нагрузки.
Естественно, что при этом изменятся также и параметры токовой
загрузки элементов силовой схемы, в том числе диодов, которые нас и
интересуют в первую очередь.
0
Режим «чисто активной» нагрузки (
В режиме чисто активной нагрузки кривая тока
L
)
d
i
в контуре про-
d
сто повторяет по форме напряжение на выходных зажимах выпрями-
e
теля
:
d
E
ee
dd
iIi
ddavd
RRR
ddd
()
dav
12
()
(1.5)
.
Максимальное значение анодного тока
E
f
мальному значению тока нагрузки
II
am dm
I
dm
I
диодов равно макси-
am
(рис. 1.2, г):
2
2
(1.6)
.
R
d
Среднее значение анодного тока (абсолютная и относительная величина):
I
II
() ()
aav aav
am
;.
1
*
(1.7)
Действующее значение анодного тока (абсолютная и относительная величина):
Коэффициент формы
I
am
II
() ()
aeff aeff
;.
22
k и коэффициент амплитуды
1
*
(1.8)
k
анодного
a
тока:
I
()
aeff
kk
fa
I
()
aav
Режим активно-индуктивной нагрузки (
;.
(1.9)
2
XL
dd
f 2π 0
)
Наличие индуктивности в контуре нагрузки не сказывается на величине среднего значения (постоянной составляющей) протекающего
через нее тока
f = 0. Переменная составляющая
I , поскольку у постоянной составляющей частота
()dav
будет ограничиваться (умень-
di
шаться) тем сильнее, чем больше величина индуктивности.
При «индуктивной нагрузке», когда
XR
dd
, переменная со-
/
ставляющая в токе нагрузки исчезнет вообще, и он окажется идеально
сглаженным (рис. 1.2, в, справа):
E
()
dav
iI
()
ddav
13
(1.10)
.
R
d
E
f
f
J
dav
R
I
диодов равно среднему
am
()
(1.11)
.
d
Максимальное значение анодного тока
значению тока нагрузки
I (рис. 1.2, г):
()dav
II
am d av
()
Среднее значение анодного тока (абсолютная и относительная величина):
I
II
() ()
aav aav
am
;.
22
1
*
(1.12)
Действующее значение анодного тока (абсолютная и относительная величина):
I
am
II
a eff a eff
() ()
;.
22
1
*
(1.13)
Коэффициент формы
k и коэффициент амплитуды
k
анодного
a
тока:
2; 2.
kk (1.14)
fa
1.2. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОМУ ЗАНЯТИЮ
1. Индивидуальные исходные данные, используемые студентом
при выполнении лабораторной работы, включают в себя численные
значения переменных, обозначения которых приведены в таблице.
С/Вт
о
,
, Ом
T
r
R
Номер вари-
анта
Наименова-
ние диода
, B
(TO)
U
В таблице указаны значения:
анодного тока;
T
– среднее значение температуры структуры диода, oC;
С/Вт
о
θJC
C
o
,
,
θCS
Jm
T
R
, A
, B
2
a(av)
I
E
C
o
,
J
ф
T
k
k = 1,5708 – коэффициент формы
14
C
o
,
, Гц
A
f
T
c
40 C
f
T
A
– температура охлаждающей среды;
= 50 Гц – частота
с
напряжения питающей сети.
Эквивалентная схема замещения диода во включенном состоянии,
используемая при выполнении лабораторной работы, показана на
рис. 1.3.
Рис. 1.3. Эквивалентная схема замещения диода
в состоянии высокой проводимости
При этом падение напряжения на диоде при протекании через него
i
прямого тока
определяется как
a
uU ri
()
aTOTa
.
(1.15)
2. Воспользовавшись приведенными ниже формулами, вычислить
значения следующих параметров:
среднее значение мощности потерь
()
2
;
(1.16)
kI
PUIr
() ( ) ()
Fav TO aav T
faav
полное установившееся тепловое сопротивление системы «полу-
проводниковая структура – охлаждающая среда»
TT
R
JA
JA
P
Fav
(1.17)
;
()
установившееся тепловое сопротивление системы охладителя
(радиатора)
RR RR
SA JA JC CS
();
(1.18)
среднее значение тока нагрузки
II
dav aav
2;
() ()
15
(1.19)
среднее значение выпрямленного напряжения
E
L
E
dav
0,9 ;
() 2
E (1.20)
сопротивление нагрузки
E
()
dav
RI
d
;
(1.21)
()
dav
индуктивное сопротивление и индуктивность сглаживающего
фильтра:
XX X
максимальная величина обратного напряжения
XRL
5; ;
Ld d d
dLdLd
f
2 314,1
(1.22)
U
вычисляет-
Rm
ся по формуле (1.4);
ориентировочное время моделирования
TLR
55/.
mod
ddd
(1.23)
1.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1. Составить имитационную модель эквивалентной схемы замещения силовых цепей выпрямителя на основе программного обеспечения,
пример которой приведен на рис. 1.4.
2. Задать фиксированные параметры элементов схемы в соответ-
,,,,
ствии с индивидуальными исходными данными:
T
.
mod
UrR
()2
mTOTd
3. Задать режим чисто активной нагрузки:
задать величину индуктивности сглаживающего фильтра
17Гнe
а)
;
получить графическую информацию о мгновенных значениях:
e
i
e
i
i
и
; б)
2
2
и
; в)
d
d
u
и
1a
.
1a
L
d
Документировать полученные графики в отчете;
получить и оформить в виде таблицы численную информацию
,,
об интегральных параметрах
eiu
dd a
i
и
1
;
1a
16
сопоставить полученные результаты с результатами теоретиче-
L
ского расчета.
Рис. 1.4. Эквивалентная схема замещения выпрямителя
4. Задать режим активно-индуктивной нагрузки:
задать величину индуктивности сглаживающего фильтра
ответствующую индивидуальным исходным данным;
получить графическую информацию о мгновенных значениях:
e
i
e
i
i
а)
и
; б)
2
2
и
d
; в)
d
u
и
1a
.
1a
Документировать полученные графики в отчете;
получить и оформить в виде таблицы численную информацию
,, и ;
об интегральных параметрах
сопоставить полученные результаты с результатами предыдуще-
eiu i
dd a a
11
го эксперимента.
, со-
d
17
1.4. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
J
F
ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
1. Вычислить величину мощности основных потерь в диодах при
различных типах нагрузки выпрямителя:
где
I и
()aav
PUIrI
() ( )() T ( )
Fav TO aav aeff
I – средние и действующие значения анодного тока
()aeff
2
(1.24)
,
соответственно, полученные в результате экспериментов.
2. Вычислить величину полного установившегося теплового сопротивления между полупроводниковой структурой диодов и охлаждающей средой при различных типах нагрузки выпрямителя:
TT
R
JA
P
A
(1.25)
.
()
av
3. Вычислить требуемую величину установившегося теплового сопротивления охладителя (радиатора) при различных типах нагрузки
выпрямителя:
RR RR
SA JA JC CS
().
(1.26)
4. Выбрать наиболее оптимальный вариант установившегося теплового сопротивления охладителя, который следует использовать в
выпрямительной установке. Обосновать свой выбор.
5. По информационным материалам изготовителей выбрать подходящий типоразмер охладителя с соответствующей требуемому значе-
нию
скоростью охлаждающего воздуха.
SAR
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие свойства полупроводниковых диодов используются в схемах выпрямителей?
2.
По какой причине в исследуемой схеме выпрямления однофаз-
ного тока одновременно работают только два диода?
3.
Какие интегральные параметры определяют токовую загрузку
диода?
18
4. Что подразумевается под понятием «мощность основных потерь
в диоде»?
Каким образом при выполнении лабораторной работы была по-
5.
лучена информация о среднем и действующем значениях анодного тока диода?
Каким образом в процессе выполнения лабораторной работы
6.
определялась максимальная величина обратного напряжения на диодах?
Какой вид имеет эквивалентная схема замещения полупроводни-
7.
кового диода в состоянии высокой проводимости? Какие параметры ее
характеризуют?
Какие параметры и каким образом влияют на величину среднего
8.
значения температуры структуры диода?
Какие факторы необходимо учитывать при выборе типоразмера
9.
охладителя?
При исходных индивидуальных данных сопротивление нагрузки
10.
уменьшилось в два раза. Сможет ли выпрямитель длительное время
работать в новых условиях, если нагрузка «чисто индуктивная»? Поясните, почему.
19
Лабораторная работа № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОКОВОЙ И ТЕПЛОВОЙ
ЗАГРУЗКИ ТИРИСТОРОВ В ОДНОФАЗНОЙ
МОСТОВОЙ СХЕМЕ УПРАВЛЯЕМОГО
ВЫПРЯМИТЕЛЯ ОДНОФАЗНОГО ТОКА
ПРИ РАБОТЕ НА RL-НАГРУЗКУ
Цели работы
1. Продолжение знакомства с многообразием условий работы си-
ловых полупроводниковых приборов в схемах силовой электроники.
2. Знакомство с алгоритмом функционирования системы импульсно-фазового управления управляемого выпрямителя однофазного тока
с вентильным комплектом на тиристорах.
3. Исследование условий работы силовых полупроводниковых приборов в управляемом выпрямителе. Определение влияния параметров
схемы и величины сигнала управления на характер токовой и тепловой
загрузки приборов.
Метод исследования
Численный эксперимент с использованием программного обеспечения, предназначенного для моделирования электромагнитных процессов в электромеханических системах.
2.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СХЕМЫ
Управляемый выпрямитель – это устройство, предназначенное для
преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока, причем напряжение на выходных зажимах такого выпрямителя
можно регулировать в определенных пределах.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]