Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Силовые полупроводниковые приборы. Учебно-методическое пособие
.pdf
3.2. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОМУ ЗАНЯТИЮ
E
При подготовке к лабораторному занятию необходимо:
1) ознакомиться с теоретическим разделом темы (см. раздел 3.1);
2) в соответствии с индивидуальными исходными данными определить по приведенной ниже упрощенной методике параметры элементов эквивалентной схемы замещения силовых цепей;
3) ознакомиться с макетом схемы силовых цепей и системы регулирования, выполненном в модулях программного обеспечения;
4) ознакомиться с порядком выполнения лабораторной работы.
Индивидуальные исходные данные
В схеме силовых цепей преобразователя в лабораторной работе № 3
используются тиристоры с теми же самыми параметрами, что и в схеме
управляемого выпрямителя в лабораторной работе № 2.
Условный пример варианта индивидуальных исходных данных для
лабораторной работы № 3 приведен в таблице.
Номер
вари-
анта
Тип
I
, A Охла-
тири-
стора
6 150
a(av)ном
дитель
R
,
θSA
E
о
С/Вт
, B TA, oC
2
α
min
град.
, эл.
α
max
эл.
град.
,
Обозначения переменных в таблице:
= 6 эл. град. – минимальная величина угла регулирования;
min
150 эл. град. – максимальная величина угла регулирования.
max
Пороговое напряжение и динамическое сопротивление диодов
DD
нять равными соответствующим параметрам тиристоров
однофазного моста в этой лабораторной работе следует при-
14
Т
и
1
рывателя переменного тока.
Алгоритм расчета параметров схемы
1. Амплитуда напряжения питающей сети
2.
2.
Среднее значение тока нагрузки
22
m
II (3.14)
dav
E
(3.13)
2.
T( )
41
Т
U
оп max
пре-
2
,
B
Именно на этом неизменном уровне по условиям функционирова-
R
R
ния вентильного преобразователя система импульсно-фазового управ-
const
ления и должна поддерживать ток в нагрузке (
нии ее сопротивления (
3.
В соответствии с (3.10) для заданных граничных значений угла
регулирования
максимальное и минимальное значения сопротивле-
var
o
).
I
d
) при измене-
ния нагрузки:
2(1cos )3
EU
(max)
d
(min)
d
В соответствии с (3.11) для заданных граничных значений угла
4.
регулирования
R
R
2min()
I
d
2(1cos )3
EU
2max()
I
d
6 150
TO
,
(3.15)
TO
.
(3.16)
величина сигнала управления по условиям функционирования системы
в целом будет определяться диапазоном значений
9,945 В – 8,660 В.U
y
Описание макета моделируемой схемы
Модель схемы силовых цепей. Модель схемы силовых цепей исследуемого вентильного преобразователя, выполненная с использованием
модулей программного обеспечения, показана на рис. 3.5.
e
Питающая сеть представлена источником
с напряжением сину-
2
соидальной формы.
Реверсивный прерыватель переменного тока состоит из встречно-
T
параллельно соединенных тиристоров
T
и
1
.
2
Выпрямитель однофазного тока по мостовой схеме на диодах
–DD
подключен к выходу реверсивного прерывателя.
14
К выходным зажимам вентильного комплекта выпрямителя подключена нагрузка в виде резистора
, величина которого изменяется
d
в пределах, определенных в результате предварительного расчета.
42
Легко заметить, что показанная на рис. 3.5 модель включает в себя те же самые элементы силовой схемы, с которыми мы уже ознакомились в лабораторных работах № 1 и 2. Поэтому никаких дополнительных пояснений по их использованию здесь не приводится. То же
самое можно сказать и относительно измерительных приборов в составе схемы.
Рис. 3.5. Модель схемы силовых цепей вентильного преобразователя
Модель системы импульсно-фазового управления. Используемая в
настоящей лабораторной работе модель системы управления, реализованная в модулях программного обеспечения, показана на рис. 3.6.
В данной модели:
модули 1 и 2 вычисляют первое слагаемое в числителе дроби в
1)
(3.12);
модули 4 и 5 вычисляют второе слагаемое числителя в этой же
2)
дроби;
сигналы на выходе модулей 6 и 8 – это значения числителя дро-
3)
би и всей дроби в целом в (3.12) соответственно;
сигнал на выходе модуля 10 – это значение второго сомножителя
4)
(3.12);
43
5) коэффициент пропорциональности модуля 11 равен амплитуде
опорного сигнала, так что сигнал на выходе этого модуля – это сформированное системой в соответствии с (3.12) значение величины сигнала управления;
реальное значение сигнала управления получается на выходе
6)
модуля 12 после его ограничения (при необходимости) на уровнях
9,95 В –9,95 В;U
Рис. 3.6. Модель системы импульсно-фазового управления
y
7) модули 13 и 14 формируют систему двух противофазных опор-
ных сигналов синусоидальной формы с амплитудой
U
оп max
= 10 B и
частотой повторения 50 Гц, как это показано на рис. 3.4, б;
модули 15 и 16 – это компараторы, вырабатывающие положи-
8)
тельные прямоугольные импульсы, передний фронт которых совпадает
u
с моментами пересечения рабочих участков опорных сигналов
44
оп1
и
u
F
F
R
E
R
R
R
соответственно, с сигналом управления
oп2
U (на рис. 3.4, в эти
y
моменты отмечены узкими импульсами, изображенными утолщенными линиями);
модули 17 и 18 – это блоки памяти (триггеры), формирующие
9)
«широкие» импульсы управления
Т
Т
и
ров
1
порты 19 и 20 передают сформированные системой импульсы на
10)
соответственно;
2
управляющие электроды тиристоров
y1
и
Т
1
для включения тиристо-
y2
Т
и
соответственно.
2
3.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Этап предварительной подготовки
1. Составить имитационную модель силовых цепей и системы
управления.
2. Задать параметры элементов в модели силовой схемы в соответ-
ствии с индивидуальными исходными данными. При этом параметры
питающей сети, тиристоров реверсивного прерывателя и диодов мостового выпрямительного комплекта задаются один раз и в процессе
выполнения лабораторной работе не изменяются.
Сопротивление нагрузки
при выполнении лабораторной рабо-
d
ты варьируется. Его начальное значение следует задать наибольшим:
RR согласно (3.15).
(a)mxdd
3. Задать параметры элементов в модели системы управления в со-
ответствии с индивидуальными исходными данными. При этом пара-
I
метры модулей 1 (значение
) задаются один раз и в процессе выполнения лабораторной рабо-
2m
), 4 (значение
d
U ) и 7 (значение
)T(TO
те не изменяются.
Параметр модуля 2 (величина сопротивления нагрузки
) при
d
выполнении лабораторной работы варьируется. Его начальное значение следует задать наибольшим:
Таким образом, величина сопротивления нагрузки
RR согласно (3.15).
(a)mxdd
в модели
d
указывается дважды:
первый раз – как параметр элемента силовой схемы
второй раз – как параметр модуля 2 в системе управления.
,
d
4. Задать время моделирования равным двум периодам повторения
напряжения источника питающей сети.
45
Постановка численных экспериментов
R
R
R
R
R
R
1. Задавая ряд значений сопротивления нагрузки
в определен-
d
ных согласно (3.15) и (3.14) пределах:
а) зафиксировать при каждом из них интегральные параметры за-
T
грузки тиристора
по току и напряжению;
1
б) зафиксировать при каждом из них интегральные параметры тока
в нагрузке.
2. Построить графические зависимости интегральных параметров
токовой загрузки тиристора
ки
.
d
T
от величины сопротивления нагруз-
1
Выполнить анализ полученных зависимостей.
3. Построить графические зависимости интегральных параметров
тока в нагрузке от величины ее сопротивления
. Проанализировать
d
полученные зависимости.
4. По параметрам токовой загрузки рассчитать и построить график
зависимости мощности основных потерь в тиристоре
T
от
1
анализировать полученную зависимость.
5. Рассчитать и построить график зависимости температуры струк-
туры тиристора
в функции сопротивления нагрузки
1
. Проанали-
d
T
зировать полученные зависимости.
6. Получить и запротоколировать (при максимальном и минималь-
ном сопротивлении нагрузки) диаграммы мгновенных значений:
а) тока в нагрузке;
T
б) напряжения на тиристоре
в) напряжения на диоде
и его анодного тока;
1
D
и его анодного тока.
1
Пояснить ход и дать анализ зафиксированным диаграммам мгно-
венных значений.
7. При некотором произвольном значении сопротивления нагрузки
получить и запротоколировать временные диаграммы модулей си-
d
стемы управления, поясняющие принцип ее функционирования.
8. По результатам выполненных численных экспериментов офор-
мить и защитить отчет.
. Про-
d
46
3.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
T
1. Поясните функциональное назначение тиристоров
T
и
1
в ис-
2
следуемой схеме.
2.
Поясните условия включения и выключения тиристоров в иссле-
дуемой схеме.
Поясните, что характеризует понятие «условия безопасной рабо-
3.
ты тиристоров в схемах силовой электроники».
Поясните функциональное назначение диодов
4.
DD
14
в иссле-
дуемой схеме.
5.
Поясните условия включения и выключения диодов
DD
в
14
исследуемой схеме.
6.
Поясните алгоритм функционирования системы управления пре-
образователем.
Поясните алгоритм формирования сигнала управления в СИФУ.
7.
Поясните характер связи между величиной угла регулирования
8.
и сигнала управления
U в модели СИФУ, используемой в лабора-
y
торной работе.
Поясните характер связи между величиной сопротивления
9.
нагрузки и сигналом управления
10.
Доказательно подтвердите (или опровергните) справедливость
U .
y
утверждения: «Если среднее и действующее значения анодного тока
тиристора не превышают предельных паспортных данных, его надежная работа в схеме гарантирована».
Доказательно подтвердите (или опровергните) справедливость
11.
утверждения: «Если среднее значение анодного тока тиристора не превышает предельных паспортных данных, его надежная работа в схеме
гарантирована».
47
Лабораторная работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ РАБОТЫ
СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ПРИБОРОВ В BUCK-BOOST-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ
ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Цели работы
1. Знакомство с принципом действия преобразователя постоянного
напряжения Buck-Boost-типа.
2. Исследование влияния параметров схемы и сигнала управления
на характер токовой загрузки силовых полупроводниковых приборов в
Buck-Boost-преобразователе постоянного напряжения.
Метод исследования
Численный эксперимент с использованием программного обеспечения, предназначенного для моделирования электромагнитных процессов в электромеханических системах.
4.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СХЕМЫ
DC/DC-преобразователи – это преобразователи постоянного
напряжения одной величины в постоянное напряжение другой величины. Аббревиатуру DC при этом можно трактовать как Direct Cur-
rent – постоянный ток.
Собственно говоря, DC/DC-преобразователь преобразует постоянное входное напряжение в импульсное выходное напряжение высокой
частоты, содержащее постоянную и переменную составляющие. Затем при помощи сглаживающего фильтра переменную составляющую,
которую следует рассматривать как некоторую помеху, уменьшают до
допустимого по техническим требованиям уровня. Постоянная составляющая (среднее значение) выходного напряжения является его полез-
ной составляющей, поэтому на нее сглаживающий фильтр должен оказывать минимальное воздействие.
48
Схема силовых цепей Buck-Boost-преобразователя
F
R
F
Эквивалентная электрическая схема замещения силовых цепей исследуемого в лабораторной работе № 4 Buck-Boost-преобразователя
показана на рис. 4.1, а. В ее состав входят:
1) источник преобразуемого напряжения Е (источник питания);
2) силовой управляемый ключ S, переключающийся под воздействи-
ем импульсов управления
и выполняющий функции регулирующе-
y
го элемента;
3) накопительный реактор с индуктивностью L;
D
4) силовой полупроводниковый диод
, обеспечивающий возмож-
o
ность протекания тока через накопительную индуктивность при разомкнутом силовом ключе S;
5) конденсатор сглаживающего фильтра с емкостью
6) резистивная нагрузка
.
d
C
;
o
Отметим сразу две характерные особенности Buck-Boost-преобразователя постоянного напряжения:
напряжение на выходе (на нагрузке)
u
имеет знак, противопо-
o
ложный входному напряжению (напряжению источника питания) E;
среднее значение выходного напряжения может быть как мень-
ше (что характерно для Buck-преобразователей), так и больше (что ха-
рактерно для Boost-преобразователей) входного напряжения.
Принцип действия Buck-Boost-преобразователя
Процессы в схеме на периоде их повторения проходят в два последовательных этапа. На первом из них силовой полностью управляемый
ключ S замкнут, чему соответствует частная эквивалентная схема замещения, показанная на рис. 4.1, б. В пределах второго интервала ключ
S разомкнут, и частная эквивалентная схема замещения имеет вид, по-
казанный на рис. 4.1, в.
Силовой ключ S замкнут
Предположим, что в момент времени t = 0 на управляющий электрод силового ключа S поступает отпирающий импульс управления
, который действует до момента времени
y
t
(рис. 4.1, г).
1
Под действием импульса управления ключ S замыкается (рис. 4.1, б),
подключая к накопительному реактору L источник питания E (рис. 4.1, д).
49
По образовавшемуся контуру протекает постепенно увеличивающийся
(рис. 4.1, е) ток источника питания i (и равный ему ток силового клю-
i
ча
). В индуктивности накопительного реактора L при этом запаса-
S
ется энергия. К моменту размыкания силового ключа
t
1
ток
i
в нако-
L
пительной индуктивности достигает своего максимального значе-
I
ния
(рис. 4.1, е).
)x(maL
Рис. 4.1. Схема силовых цепей Buck-Boost-преобразователя (а); частные
эквивалентные схемы замещения (б), (в); временные диаграммы токов
и напряжений (г), (ж)
Диод
D
закрыт приложенным к нему суммарным обратным
o
напряжением: положительным напряжением E со стороны источника
питания, подаваемым на катод, и отрицательным остаточным напря-
жением
u
на конденсаторе
o
C
емкостного фильтра, подаваемым на
o
анод.
Контур нагрузки отсечен от остальной части схемы выключенным диодом
D
, поэтому ток
o
i
в нем поддерживается только током
o
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]