43

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет информационных технологий и робототехники

Кафедра: ЭАПУ и ТК

Курсовой проект

на тему

« Проектирование полупроводникового преобразователя электрической энергии»

Выполнил: ст. гр. 107639 Шилович А.Ю.

Руководитель: ст. пр. Руденя А.Л.

Минск 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..5

1. ВЫБОР СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

ПРОЕКТИУЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ...…………………..……………………10

1. Расчет угла открывания тиристора….………………………………..…….10

2. Расчет трансформатора………………………………………………...……10

3. Расчет номинального тока…………………………………………………13

1.4. Выбор вентилей..…….………………………………………………...…….15

1.5. Проверка СПП по перегрузочной способности…………………..………18

1.6. Выбор класса СПП по напряжению……………………………………….20

2. РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ПАССИВНОЙ ЗАЩИТЫ СПП ОТ АВАРИЙНЫХ ТОКОВ И ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ ...……………………………..22

2.1. Расчет и выбор защитных R-С цепочек ..…………………………….…..22

2.2. Выбор сглаживающего дросселя…………………………………….…....24

3. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СПП ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ. ТРЕБОВАНИЯ К СУ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ .……….. 27

3. Проектирование структурной и функциональной схем СУ СПП 30

3. ВЫБОР ТИПОВ АНАЛОГОВЫХ И ЦИФРОВЫХ ИМС ………………..33

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СУ СПП…………………………………………………………………………………34

1. Расчет устройства синхронизации………………………………………..34

6.2. Расчет преобразователя «напряжение - частота»…………………….….36

6.3. Расчет одновибратора .…………………………..…………………….…..37

6.4. Проектирование распределителя импульсов.……………………….…..38

6.5. Расчет счетчиков……………………………………………………….…..39

6.6. Расчет выходных формирователей……………………………………….40

6.7. Расчет формирователей импульсов……………………………………….42

6. СОСТАВЛЕНИЕ ПОЛНОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И ПЕРЕЧНЯ ЭЛЕМЕНТОВ К НЕЙ. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ СХЕМЫ……………………………....43

6. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ И РЕГУЛИРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИК ППЭЭ ………………………………………………………48

8.1. Внешняя характеристика выпрямителя …………………...……..………48

8.2. Регулировочная характеристика выпрямителя…………………………..50

9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………..51

10. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…...…………………...52

ВВЕДЕНИЕ

Устройства силовой электроники представляют собой очень широкую и быстро развивающуюся область техники. Одним из важнейших объектов изучения в данной области является полупроводниковый преобразователь электрической энергии.

Полупроводниковый преобразователь является основным элементом источников вторичного электропитания, используется в системах электропривода, автотранспорта, связи, в компьютерной и бытовой технике.

В общем виде преобразователем электрической энергии является устройство, которое связывает две (или более) электрические системы с отличающимися друг от друга параметрами и позволяет по заданному закону изменять эти параметры, обеспечивая обмен электрической энергией между связуемыми объектами.

Для преобразования электрической энергии совместно с полупроводниковым преобразователем могут использоваться другие виды преобразователей - трансформаторы, дроссели, конденсаторы.

В соответствии с заданием по курсовому проекту мне необходимо спроектировать трехфазный мостовой несимметрично управляемый выпрямитель. В данной схеме не возможен режим инвертирования, т.е. возврата энергии из цепи постоянного тока в цепь переменного тока. Поэтому схема называется несимметричной (полууправляемой). Полная схема проектируемого выпрямителя представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Полная силовая схема трехфазного мостового несимметрично управляемого выпрямителя

Основные соотношения и диаграммы работы для этой схемы:

Рисунок 2. Временные диаграммы работы трёхфазного мостового несимметрично управляемого выпрямителя

Основные расчётные соотношения.

Максимальное выпрямленное напряжение:

,

где U_ф – фазное напряжение питающей сети;

К_схе – схемный коэффициент по ЭДС

Среднее значение тока вентиля:

.

Действующее значение тока вентиля:

.

Среднее значение выпрямленного напряжения:

Максимальное выпрямленное напряжение:

,

где U_ф – фазное напряжение питающей сети;

К_схе – схемный коэффициент по ЭДС;

_.

Максимальное прямое и обратное напряжение:

.

Действующее значение фазного тока:

.

Типовая мощность трансформатора:

.

,ток первичной и вторичной обмотки трансформатора.

– коэффициент, учитывающий превышение типовой мощности над мощностью постоянных составляющих.

1,045.

Коэффициент формы тока:

.

1. Выбор силовых полупроводниковых приборов

ПРОЕКТИУЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

1.1. Расчёт угла открывания тиристора

Среднее значение выпрямленной ЭДС при угле открывания тиристора , определим по формуле (1.1):

(1.1)

где К_СХе - коэффициент схемы по ЭДС, К_СХе=2,34;

U₁ – фазное напряжение, подводимое к выпрямителю, U₁=220В.

Среднее значение выпрямленной ЭДС, определяется по формуле (1.2):

(1.2)

Из формулы (1.3) найдем минимальный угол открывания тиристора:

где Е = U_н = 220В.

Т.к. минимальный угол открывания слишком большой (получение необходимого напряжения за счёт увеличения угла α при отсутствии трансформатора приводит к большим пульсациям тока нагрузки и теряет смысл применение многопульсных схем), то питание схемы будем осуществлять через трансформатор.

1.2. Расчет трансформатора

Найдем требуемое значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора по формуле

, (1.3)

где Е₂ - ЭДС вторичной обмотки трансформатора,

; (1.4)

U_H - номинальное напряжение нагрузки; U_H=220B;

к_схе - коэффициент схемы по ЭДС; к_схе=2,34

к_с - коэффициент, учитывающий возможность снижения напряжения в сети, к_с=1,1;

к_R - коэффициент, учитывающий падение напряжения на активных сопротивлениях трансформатора, падение напряжения на вентилях и падение напряжения из-за коммутации вентилей, к_R=1,05;

к_ - коэффициент, учитывающий неполное открывание вентилей, к_=1,1.

.

Рассчитываем типовую мощность трансформатора

, (1.5)

где P - мощность постоянных составляющих напряжения и тока выпрямителя,

;

k_р- коэффициент, учитывающий превышение типовой мощности над мощностью постоянных составляющих, k_р=1,045- для трехфазной мостовой схемы;

.

Полная мощность трансформатора:

(1.6)

где k_i- коэффициент не прямоугольности тока, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной, k_i=1,1.

.

Из [2,прилож.1] выбираем трансформатор ТС-40/0,5 по соотношениям

S_н  S_расч. и U_2н  U_2расч

38628ВА<40000ВА и 119,43В133В.

Найдем активное и индуктивное сопротивления фазы трансформатора:

, (1.7)

где R^′₁ - активное сопротивление первичной обмотки трансформатора, приведенная ко вторичной обмотке;

R₂ – активное сопротивление вторичной обмотки;

Р_нагр.- нагрузочные потери трансформатора, или потери короткого замыкания P_кз;

I_2H - номинальный ток фазы вторичной обмотки трансформатора.

.

Найдём индуктивное сопротивление фазы трансформатора:

, (1.8)

где x^′₁- индуктивное сопротивление первичной обмотки трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке;

x₂- индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора;

Z_k - полное сопротивление короткого замыкания трансформатора,

, (1.9)

U_k - напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

,

Найдем индуктивность трансформатора:

.

Среднее значение выпрямленной ЭДС при угле открывания тиристора , определим по формуле (1.1):

.

Среднее значение выпрямленной ЭДС, определяется по формуле (1.2):

.

Определим максимальный угол открывания тиристоров, в соответствии с заданным диапазоном регулирования:

.

где D - диапазон регулирования скорости, D =10.

.