Проектирование автономного инвертора тока

Проектирование автономного инвертора тока

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Институт Урал ЭНИН

Кафедра Электротехнологические установки и системы

Курсовой проект

Проектирование автономного инвертора тока

Контрольная работа

студента 3-го курса

Группа: ЭНЗ-330408у

Бучельников И.А.

Екатеринбург 2016

Содержание

Введение

I. Параллельный АИТ

1.1 Расчет токов индуктора и построение векторной диаграммы

.2 Выбор тиристора

.3 Расчет анодного дросселя

.4 Расчет и выбор ёмкостей

II. Последовательно-параллельного АИТ

2.1 Расчёт неизвестных токов и напряжений и построение векторной диаграммы

.2Расчет и выбор ёмкостей

.3 Выбор тиристора

.4 Расчет анодного дросселя

III. Параллельно-Последовательного АИТ

.1 Расчет неизвестных токов и напряжений, построение векторной диаграммы

.2 Расчет и выбор емкостей

.3 Выбор тиристора

.4 Расчет анодного дросселя

Заключение

Список литературы

Приложение 1

Введение

Основными задачами данного курсового проекта расчет параметров и выбор оборудования силовой части:

I.Параллельного АИТ;

II.Последовательно - параллельного АИТ;.Параллельно - Последовательного АИТ.

Исходные данные

Р,кВтUи, Вfвых, Гцcos φ1000120024000,13

I. Параллельный АИТ

.1 Расчет токов индуктора

На основании полученных данных выполним построение векторной диаграммы параллельного АИТ. См. Приложение №1

Мощность индуктора определяется по формуле:

P=Iи*Uи*cos φ, (1)

где Iи - ток индуктора;

Uи- напряжение на индукторе;

cos φ - косинус угла между Iи и Uи.

Тогда, согласно формуле (1):

Iи = Р/(Uи* cos φ) = 1000*103/(1200*0.13) = 6410,256 А. (2)

IR= Р/Uи = 1000*103/1200 = 833,3 А. (3)

φ = arccos φ = 82,53o(4)

IL= (Ри*sinφ)/(Uи*cosφ)= (1000*103*sin 82,53o) / (1200*0,13) = 6346 А. (5)

IR, IL - активная и индуктивная, составляющие тока индуктора.

Величину активной нагрузки определяем по закону ома:

R = Uи / IR = 1200 / 833,3 = 1,44 Ом. (6)

Индуктивная нагрузка:

L = Uи / (IL*2π*fвых) = 1200 / (6346*6,28*2400) = 1,25*10-5 Гм(7)

Для определения тока Ic необходимо определить угол φ индукктора исходи из соотношения:

φ / 360o = tвосст / Твых , (8)

где Tвых - период колебаний тока на выходе

tвосст - время восстановления запирающих свойств тиристоров VS1 , VS2 , VS3 , VS4.

φ = tвосст*360о / Tвых = 30о

ориентировочное значение на допустимом интервале от 15о до 40о.

Tвых = 1 / 2400 = 4,1*10-4 c. (9)

По формуле (8) определяем tвосст :

tвосст = (φ* Tвых ) / 360o = (30*4,1*10-4) / 360o = 34 мкс(10)

Оптимальное стандартизированное значение tвосст в нашем случае 32 мкс исходя из этого проведем перерасчет угла φ индуктора, опираясь на формулу (8)

φ =(tвосст*360o) / Твых = (32*10-6 *360)/ 4,1*10-4 = 28,09о

tg φ =(IC - IL ) /IR(11)

IC = 2π*fвых*C* Uи(12)

Выражая из формулы (11) и (12) IC и приравнивая их, получаем соотношение:

Исходя из соотношения (13) определяем суммарную ёмкость конденсаторной батареи:

C = (IL + tg φ *IR) / (2π*fвых* Uи)= (6346 + tg 28,09o * 833,3) / (2π * 2400 * 1200) = 375мкФ(14)

Тогда ток IC определяем по формуле (12) :

IC = 2π*fвых*C* Uи = 2π*2400*1200 *375*10-6 = 6782,4А

IH = IR / cos φ = 833,3 / cos 28,09o = 944,5 A(15)C - IL =6782,4- 6346 = 436,4A

.2 Выбор тиристора

Опираясь на формулу (10), выбираем тиристор по 3-м параметрам: tвосст, ITAV, Uи.

tвосст = tq = 32мкс - подходящее время восстановления

Оптимальное значение длительно протекаемого прямого тока ITAV определим по формуле :

ITAV = (IH / 2) * 1,2 = (944,5 / 2) * 1,2 = 566,7 А(16)

Подходящий тиристор ТБ143-630

UDRM(URRM)=1000 - 2400B; TAV=630A; TM= 2B;

(di/dt)crit = 1000 A/мкс;q = 32мксгде,

UDRM(URRM) - повторяющееся импульсное нап-ие в закрытом состоянии, > Uи;

UTM - импульсное напряжение в открытом состоянии;

(di/dt)crit - критическая скорость нарастания прямого тока (в открытом состоянии).

.3 Расчет анодного дросселя.

Ток проходящий через анодный дроссель, определяется по формуле:

i(t) = Iуст * (1 - С-(t/τ)), (17)

где i(t) мгновенное значение тока.

Iуст = ITAV - ток установившегося режима

τ - постоянная времени переходного процесса.

Возьмем производную по времени от уравнения (17)

di/dt = (1/τ) * Iуст * С-(t/τ) (18)

Iуст / τ = ITAV / τ ,

где τ определяется как

τ = Lад / Rтир = (Lад * ITAV) / Uтм , (19)

где Lад - индуктивность анодного дросселя

Rтир - сопротивление тиристора,

Rтир = Uтм / ITAV

Тогда, подставив уравнения (19) в производную уровнения (18), получаем

Uтм / Lад , где (di/dt)crit(20)

Исходя из формулы (20), найдем номинальную индуктивность анодного дросселя Lад :

Lад = Uтм / (di/dt)crit = 2 / (1000 * 10-6) = 0,2 * 10-8 Гн(21)

Следует взять Lад с запасом: Lад=0,3 * 10-8 Гн

.4 Расчет и выбор ёмкостей

Согласно формуле (14), суммарная ёмкость конденсаторной батареи равна

C = 375мкФ, опираясь на частоту fвых = 2400 Гц, напряжение Uи = 1200 В, суммарную ёмкость и мощность выбираем конфигурацию из 27 параллельно подключенных конденсаторов.

ЭЭВК 1.6-2.4 УЗ. ТЗ Параметры:

Pном = 550 кВАр - номинальная мощность;

С1-го конд. = 14.25 мкФ - ёмкость одного конденсатора;

Uном. = 1600 В. - номинальное напряжение;

Fном = 2400 Гц - номинальная частота.

Ёмкость составленной батареи:

Срасч = С1-го конд. * nвыб. =14.25 *27 = 384.75 мкФ(22)

- 375) / 384.75) * 100% = 2.5%

Полученная ёмкость отлична от расчётной на 2.5%.

Проверка по реактивной мощности:

Qвд ≤ Qном. 1 конд * nконд , (23)

где Qном. 1 конд - номинальная мощность конденсатора;

Qвд - мощность, определяемая по векторной диаграмме параллельного АИТ.

Qвд = Ic * Uc * sin 90o= 6782,4 * 1200 * 1 = 10851,84кВар(24)

Qном. 1 конд * n = 550 * 103 * 27= 14850кВАр(25)

Неравенство (23) удовлетворяет условию: 10851,84кВАр ≤ 14850кВАр.

Проверка выполнена.

индуктор ток напряжение тиристор

II. Последовательно-параллельного АИТ

.1 Расчет неизвестных токов и напряжений и построение векторной диаграммы

Поскольку питание АИТ осуществляется через 3-фазный мостовой выпрямитель (сеть 220/380), принимаем напряжение нагрузки Uн = 514,8 В.

Угол φ инвертора остается остаётся прежним, из формулы (8) угол численно равен 28,09о, используя известные параметры (Uн , Uu = Uck , Iu = IR + IL), построим векторную диаграмму см. Приложение 2

<(Uн , Uс.вх ) = 180о - 90о - φ = 180о - 90о - 28,09о = 61,91о(26)

Определяем значение Uс.вх по теореме косинусов:

U2и = U2с.вх + U2н - 2 Uс.вх * Uн * cos (Δ(Uн, Uс.вх)); (27)

2 = U2с.вх + 514,82 - 2 Uс.вх * 514,8* cos61,91о

U2с.вх - 483,912Uс.вх - 1174980.96 = 0

Uс.вх = 1352,6 В.

По теореме косинусов найдем Δ(Uи, Uн):

U2с.вх = U2н + U2и - 2* Uи* Uн* cos(Δ(Uи, Uн)); (28)

cos(Δ (Uи, Uн)) = (U2н + U2и - U2с.вх )/( 2*Uи*Uн) =

=(12002 + 514,82 -1352,62)/(2*1200*514,8)=-0,1

Δ(Iн, Iи)=φ + φи - Δ (Uи, Uн)= 28,09о + 82,53o -95,7о =14,92о(30)

Δ(Iск, Iи)= 90о - arcsin(IL,/Iи) = 90о - arcsin(6346/6410,256) = 8,1о(31)

Δ(Iн, Iск)= 180о - Δ(Iсп, Iи) - Δ(Iск, Iн)= 180о - 8,10 - 14,92о = 156,98о(32)

По теореме синусов найдем Iн, Iск:

Iск = Iи*( (sin(Δ(Iн,/Iи))) / sin(Δ(Iск,/Iн))) = 6410,256 (sin(14,92о) / sin(156,98о)) = 4224А(33)

Iн = Iс.вх = Iи*((sin(Δ(Iск,/Iи))) / sin(Δ(Iн,/Iск))) = 6410,256 (sin(8,1о) / sin(156,98о)) = 2301А(34)

.2 Расчет и выбор емкостей:

Uc=Uи

Составляем компенсирующую конденсаторную батарею:

Uc=1200В

Опираясь на емкость, полученную по формуле (35) и вышеуказанные параметры, создаем батарею из 20 параллельно подключенных конденсаторов.

ЭЭВКН=1,6-2,4У3

Ск=11,66 мкФ

Qном= 450кВар

Тогда Срасч определяем по формуле (22):

Проверка по реактивной мощности:

Выполняем проверку, опираясь на неравенство (23):

Неравенство (23) удовлетворяет условию кBap ≤ кBap

Проверка выполнена.

Составляем входную конденсаторную батарею:

Опираясь на емкость, полученную по формуле (36) и вышеуказанные параметры, создаем батарею из 10 параллельно подключенных конденсаторов.

ЭЭВКН=1,6-2,4У3

Ск=11,66 мкФ

Qном= 450кВар

Тогда Срасч определяем по формуле (22):

Проверка по реактивной мощности:

Выполняем проверку, опираясь на неравенство (23):

Неравенство (23) удовлетворяет условию кBap ≤ кBap

Проверка выполнена.

.3 Выбор тиристора

Требуемое время восстановления тиристора по прежнему tвосст= 34мкс,

Поскольку угол φ инвертора остался прежним . Изменился ток нагрузки Iн= А. Подберем новое подходящее значение параметра ITAV по формуле (16):

Подходящий тиристор ТБ143-500. Его параметры:

UDRM(URPM)= 1000-2400BTAV=1600 ATM=2,3 B

tq=32 мкс,

Расшифровка обозначений дана в пункте 1.2.

.4 Расчет анодного дросселя

Согласно формуле (21), требуемая индуктивность анодного дросселя Lад:

III. Параллельно-Последовательного АИТ

.1 Расчет неизвестных токов и напряжений

Поскольку питание АИТ осуществляется через 3-фазный мостовой выпрямитель (сеть 220/380В), принимаем напряжение нагрузки Uн=514,8В.

Угол φ инвертора остается прежним, из формулы (8) угол численно равен 28,090. Используя известные параметры (Uн=Uск, Uи, Iи=Icп=IR+IL), построим векторную диаграмму см. приложение №3.

- 82,53o = 7,47о

Определяем значение Uсп по теореме косинусов:

По теореме косинусов найдем

По теореме синусов найдем Iск и Iн :

.2 Расчет и выбор емкостей

Составляем компенсирующую конденсаторную батарею:

Ucк=514,8В

Опираясь на емкость, полученную по формуле (46) и вышеуказанные параметры, создаем батарею из 7 параллельно подключенных конденсаторов.

ЭЭВК-0,5-2,4 УЗ. ТЗ

Сск=146мкФ Qном= 550кВар

Тогда Срасч определяем по формуле (22):

Проверка по реактивной мощности:

Выполняем проверку, опираясь на неравенство (23):

Неравенство (23) удовлетворяет условию кBap ≤ кBap

Проверка выполнена.

Составляем входную конденсаторную батарею:

Опираясь на емкость, полученную по формуле (47) и вышеуказанные параметры, создаем батарею из 14 параллельно подключенных конденсаторов.

ЭЭВКН-0,8-2,4УЗ параметры:

Ссп=46,65мкФ

Qном= 450кВар

Тогда Срасч определяем по формуле (22):

Проверка по реактивной мощности:

Выполняем проверку, опираясь на неравенство (23):

Неравенство (23) удовлетворяет условию кBap ≤ кBap

Проверка выполнена.

.3 Выбор тиристора

Требуемое время восстановления тиристора по прежнему tвосст= 30мкс,

Поскольку угол φ инвертора остался прежним . Изменился ток нагрузки Iн= А, согласно формуле (45) Подберем новое подходящее значение параметра ITAV по формуле (16):

UDRM(URPM)= 400-1800BTAV=1250 ATM=0,95 B

tq=200 мкс,

Расшифровка обозначений дана в пункте 1.2.

.4 Расчет анодного дросселя

Согласно формуле (21), требуемая индуктивность анодного дросселя Lад:

Заключение

В ходе выполнения данного курсового проекта мы выяснили принципиальные отличительные черты в устройстве и принципы действия 3 конфигураций автономного инвертора тока:

1)Параллельного АИТ.

)Параллельно - последовательного АИТ.

)Последовательно - параллельного АИТ.

В работе показана и исследована основная задача параллельно-последовательной и последовательно-параллельной схем АИТ, повышение напряжения на индукторе относительно выходного напряжения выпрямителя путем подключения очередным образом дополнительных емкостей.

Список литературы

1)Забродин Ю.С. Промышленная электроника.

2)Мартынов К.А. Силовая электроника. Часть II Инверторы и преобразователи частоты.

)Герасимов В.Т. Основы промышленной электроники.