силовая электроника / РГР пример выполнения

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Омский Государственный Технический Университет

СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

«расчетно-графическая работа (домашнее задание)»

Вариант – 43

Выполнил:

Студент курса

Группы –

Проверил:

преподаватель

Омск 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ………………………………………………………………………….…........ 3

1. Расчет неуправляемого выпрямителя при работе

на активную нагрузку …………………………………………………………….… 4

1.1. Предварительные замечания. Исходные данные ………………………… 4

1.2. Выбор схемы выпрямителя. Эквивалентная схема …………………….. 5

1.3. Расчет неуправляемого выпрямителя ……………………………………. 6

1.4. Временные диаграммы ………………………………………………………… 8

Введение

Данная работа по дисциплине «Силовая электроника» посвящена расчету выпрямителей, питающих активную (омическую) нагрузку. Примером активной нагрузки являются промышленные нагревательные установки.

Рис. 1. Структурная схема выпрямителя (а), схема простейшего УВ (б) и графики напряжений

на его входе и выходе (в) при резисторной нагрузке без фильтра;

U_уи – управляющие импульсы для тиристоров РВБ

1. Предварительные замечания. Исходные данные.

К неуправляемым относятся выпрямители, у которых отсутствует возможность изменения и регулирования выходного напряжения (тока). Традиционный выпрямитель состоит из преобразовательного трансформатора Т, вентильного блока ВБ, фильтрующего устройства ФУ и стабилизатора напряжения СН или тока. В зависимости от условий работы могут отсутствовать преобразовательный трансформатор, фильтр или стабилизатор. Трансформатор преобразует сетевое напряжение и количество фаз сети до необходимого значения, а также обеспечивает гальваническую изоляцию нагрузки от силовой сети. Вентильный блок – основное звено выпрямителя, обеспечивает однонаправленное протекание тока в нагрузке. В качестве вентилей используются полупроводниковые приборы с односторонней электропроводностью (диоды, тиристоры). Напряжение на выходе ВБ постоянно по направлению, но не постоянно по величине. Являясь периодической функцией, напряжение может быть разложено на две составляющие: постоянное (или среднее) значение и напряжение пульсаций, равное сумме всех гармонических составляющих ряда Фурье. Первая является полезной составляющей выпрямленного напряжения, а вторая – паразитной. Она обусловлена не идеальностью выпрямления и характеризуется коэффициентом пульсаций. Фильтрующее устройство ослабляет пульсации выходного напряжения выпрямителя. В качестве фильтрующего устройства обычно используются фильтры нижних частот на L и C элементах, поскольку наиболее трудно подавляется основная (первая) гармоническая составляющая напряжения. Стабилизатор СН уменьшает влияние внешних воздействий, изменений напряжений питающей сети, температуры окружающей среды, изменений нагрузки и др. на выходное напряжение выпрямителя. Кроме основных узлов, в состав выпрямителя могут входить вспомогательные элементы и узлы, служащие для повышения его надежности, например узлы контроля, автоматики и защиты.

Исходные данные неуправляемого выпрямителя с активной нагрузкой (без потери напряжения в фазах выпрямителя) приведены в Табл. 1.1.

U0, B	I0, A	f, Гц	n	k	ξn	ξм	l, %
900	10	50	4,5	12	0,8	1,10	10

Где

U₀ – среднее значение выходного напряжения выпрямителя

I₀ – среднее значение тока выпрямителя

f – частота питающей сети

n – отношение индуктивного сопротивление дросселя на основной частоте пульсаций к активному сопротивлению R₀ потребителя

k – отношение сопротивления потребителя R₀ к сопротивлению R_п потерь в фазе выпрямителя

ξ_n, ξ_м – коэффициент, характеризующий отключение действующего значения

фазной ЭДС вентильной обмотки трансформатора от номинального

значения Е₂

l – коэффициент снижения выпрямленного напряжения в процентах за счет явления коммутации

Требуется:

1.Определить рациональный тип схемы выпрямителя. Вычертить принципиальную и эквивалентную схемы этого выпрямителя.

2.Вычислить частоту f_п(1) и коэффициент пульсаций К_п(1) выпрямленного напряжения u₀ по основной (первой гармонике); величину сопротивления R₀ нагрузки и ее мощность Р₀ , среднее I_пр.v и эффективное I_эфф.v значения прямого тока i_пр.v вентиля, действующие значения фазных ЭДС Е₂ и тока I₂ вентильных обмоток трансформатора.

3.Вычертить, соблюдая масштаб по оси ординат и по оси абсцисс (– π/2 < ωt < 5 π/2) кривые мгновенных значений фазных ЭДС е₂ выпрямленного напряжения u₀ (отметить уровень U₀) и обратного напряжения u_обр.v на вентиле (отметить уровень U_max.v), а также тока i₂ вентильной обмотки трансформатора (отметить уровень I₂) и прямого тока i_пр.v вентиля (отметить уровни I_пр.v и I_эфф.v).

1.2. Выбор схемы выпрямителя. Эквивалентная схема

Определяем рациональный тип схемы выпрямителя. По данным значениям варианта наиболее подходящим типом схемы является трехфазный однотактный нулевой выпрямитель.

Эквивалентная схема – это принципиальная схема, отражающая математическую модель изучаемой схемы. На рис. 1.3. приведена эквивалентная схема выпрямителя.

1.3. Расчет неуправляемого выпрямителя

Определяем частоту пульсаций:

, где Т_п – период пульсации

f_п(1)=3f₀=150 Гц

Коэффициент пульсаций определяем по формуле:

Где р – число вентилей, проводящих ток

m₂ – число фаз вентильной обмотки

Сопротивление нагрузки находим по формуле:

, Ом

Где U₀ – среднее значение выходного напряжения выпрямителя

I₀ – среднее значение тока выпрямителя

Мощность нагрузки равна:

P₀=U₀I₀ = 9000 Вт

Среднее значение прямого тока вентиля находим по формуле:

А

Находим эффективное значение прямого тока вентиля:

Где К_ф.v – коэффициент формы кривой тока вентиля – берем из таблицы основных соотношений для неуправляемых выпрямителей

I_эфф.v = 1,57 ^. 3,33 = 5,23 А

Определяем действующие значения фазных ЭДС. Из таблицы основных соотношений для неуправляемых выпрямителей находим соотношение:

Принимаем η =1. Отсюда действующие значения фазных ЭДС равны:

Е₂ = U₀ ^. 0,85 = 900 ^. 0,85 = 765В

Вычисляем действующее значение фазного тока:

I₂ = √р ^. I_{эфф.v =}√1 ^. 5,23 = 5,23 А

Амплитуда обратного напряжения на вентиле равна:

U_max.v = 2,09^. U₀ = U_max.v = 2,09 ^. 900 = 1881 В

Мощность вентильных обмоток:

S₂ = 1,48 ^. Р₀ = 1,48 ^. 9000 = 13320 ВА

Амплитуда фазного напряжения у вентильных обмоток равна:

Е_2m = √2 ^. Е₂ = √2 ^. 765 =1081,87 В

Амплитуда линейного межфазного напряжения у вентильных обмоток равна:

Е_{2m. лин} =√3 ^. √2 ^. Е₂ = √3 ^. √2 ^.765 =1873,85 В

1.3. Временные диаграммы.