Расчет управляемого выпрямителя

Расчет управляемого выпрямителя

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Электропривода и электрического транспорта

Допускаю к защите

Руководитель ____________ Дунаев М.П.

расчет управляемого выпрямителя

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

Промышленная электроника в электроприводе

.004.00.00.ПЗ

Выполнила студентка группы ______________ __Башкирцева Н,С._

Нормоконтроль ______________Дунаев М.П.

Иркутск 2015 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

По курсу ____Промышленная электроника в электроприводе __

Студентке _______Башкирцевой Н.С.

Тема проекта _РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛя

Исходные данные: выполнить проектирование согласно данному варианту.

Таблица 1. Технические данные двигателей

Рекомендуемая литература:

1.      И.И.Алиев. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. - Ростов н/Д: Феникс, 2004. - 480 с.

2.      Промышленная электроника в электроприводе: Учебное пособие для бакалавров направления 140400. - Иркутск, 2011. - 123 с..

.        Герман-Галкин С.Г. Силовая электроника: Лабораторные работы на ПК. - Спб.: Учитель и ученик, КОРОНА принт, 2002. - 304 с.

Графическая часть на _2_ листах.

Дата выдачи задания “15” _________марта_________2015 г.

Дата представления проекта руководителю “15” ___мая_____2015 г.

Руководитель курсового проектирования ___________________

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

.        ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

.1 Принцип действия

.2 Основные однофазные силовые схемы УВ

.2.1 Однофазная однополупериодная схема

.2.2 Однофазная нулевая схема

.2.3 Однофазная мостовая схема

.2.4 Однофазная мостовая полууправляемая схема

.3 Системы управления УВ

.4 Статические характеристики УВ

.5 Защита УВ

2. Расчет элементов силовой части.

2.1 Выбор трансформатора.

.2 Расчет и выбор тиристоров

.3 Выбор сглаживающего дросселя

.4 Расчет активного сопротивления трансформатора

.5 Расчет активного сопротивления сглаживающего дросселя

.6 Расчет сопротивления тиристора

.7 Расчет коммутационного сопротивления при включении - выключении тиристоров

.8 Расчет активного сопротивления УВ

. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

.1 Расчет элементов генератора периодического напряжения

.2 Расчет элементов компаратора

.3 Расчет элементов усилителя-формирователя импульсов управления

.4 Выбор элементов гальванической развязки импульсов управления

.5 Выбор элементов блока питания и задатчика напряжения управления

. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК УВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ

Регулирование выходного напряжения управляемого выпрямителя (УВ) достигается управлением моментом открывания тиристоров преобразователя. В большинстве УВ используется импульсно-фазовый способ управления. Сущность его заключается в том, что на управляющий электрод (УЭ) тиристора периодически с частотой питания анодного напряжения подаетсяположительный электрический импульс («+» на УЭ, «-» на катод), который может меняться по фазе по отношению к анодному напряжению. Тем самым изменяется момент открывания тиристора. Угол, отсчитываемый от момента естественного открывания тиристора (когда потенциал анода становится больше потенциала катода) до момента подачи управляющего импульса, называется углом управления тиристораa.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

1.1 Принцип действия

Рассмотрим принцип регулирования напряжения на примере включения тиристора по однофазной однополупериодной схеме выпрямления (рис.1).

Управляющие импульсы образуются с помощью системы импульсно-фазового управления (СИФУ), служащего для изменения угла регулирования a. Допустим, что на УЭ тиристора VS1 от СИФУ подан импульс в момент времени t₁ . Этот импульс открывает тиристор, и к нагрузке Z_н скачком будет приложено напряжение, которое будет изменяться по кривой U_н. В момент времени t₂ напряжение U_н становится равным нулю и тиристор закрывается, т.к. к нему приложено напряжение отрицательной полуволны. На интервале t₂ - t₃ ток через нагрузку не протекает. В момент t₄ на УЭ тиристора подается следующий импульс управления с СИФУ и работа схемы повторяется. На рис.2 показан график зависимости U_н от угла открывания тиристора a. Максимальное напряжение U_нo получается при полностью открытом тиристоре, когда угол a=0 (естественное открывание относительно синусоиды напряжения питания). При изменении угла a можно изменять среднее значение выпрямленного напряжения.

Аналогично протекают процессы открывания и закрывания тиристоров и в других схемах УВ, например, в однофазной мостовой. Выпрямленные напряжение и ток содержат постоянную и переменную составляющие. Наличие пульсаций (переменной составляющей) ухудшает условия коммутации двигателей постоянного тока и увеличивает потери в них. Поэтому на выходе УВ устанавливается индуктивный фильтр, включаемый последовательно с якорем двигателя (нагрузкой). Этот фильтр обладает большим реактивным сопротивлением для переменной составляющей выпрямленного тока, которая значительно уменьшается. Падение напряжения от этой составляющей на активном сопротивлении фильтра незначительно. Другим средством уменьшения пульсаций является использование многофазных схем выпрямления.

1.2 Основные однофазные силовые схемы УВ

тиристор импульс усилитель генератор

Количественные показатели работы силовой схемы характеризуются следующими коэффициентами:

1)   коэффициентом схемы

К_сх=U_d/U₂,

где U₂ - напряжение вторичной обмотки трансформатора,_d - среднее значение выпрямленного напряжения;

2)   коэффициентом пульсаций

К_п=U_пmax/U_max ,

где U_пmax - максимальная амплитуда пульсаций,_max - амплитуда выпрямленного напряжения;

3)   коэффициентом использования трансформатора

К_и=S_т/P_d,

где S_т - полная мощность трансформатора,_d - выпрямленная мощность в нагрузке.

Отметим следующие соотношения для расчета тока и напряжения тиристора, используемые при выборе тиристоров:

1)   средний ток через тиристор

_vs= К_зап×I_d/(n* К_о) (1) ,

гдеК_о - коэффициент, учитывающий способ охлаждения тиристора (К_о=1 при водяном охлаждении, К_о=0,3 при естественном воздушном охлаждении, К_о=0,3...0,6 при принудительном воздушном охлаждении);_d - средний выпрямленный ток (I_d = I_н ),- число тактов выпрямления схемы, n=1 (однофазная однополупериодная), n=2 (однофазные нулевая и мостовая),

К_зап=1,25…2,0;

2)   максимальное напряжение тиристора,

U_{обр.макс.} =k_зап××U_2н     (2) ,

где k_зап - коэффициент запаса, учитывающий превышение напряжения, К_зап=1,25…2,0.

1.2.1 Однофазная однополупериодная схема

Схема и диаграмма выпрямленного напряжения показаны на рис.3. На схеме обозначены: TV1 - согласующийсиловой трансформатор,

- тиристор силовой схемы,L1 - сглаживающий дроссель, Z_н - нагрузка.

Импульсы управления подаются на управляющий электрод тиристора VS1 с частотой питающего напряжения ~U_c.

Схема имеет следующие количественные показатели:

К_сх=0,45; К_п=1,0; К_и=3,5.

Основные расчетные соотношения в схеме:

_vs=К_зап*U₂*Ö2, I_vs= К_зап*I_d/ К₀).

Достоинства схемы:

-      небольшое число тиристоров,

-        малое число каналов управления тиристорами,

Недостатки схемы:

-      низкий коэффициент схемы,

-        завышенная мощность силового трансформатора вследствие подмагничивания его вторичной обмотки выпрямленным током,

         большие габариты и вес сглаживающего фильтра.

Применение схемы: бытовыеэлектрорегуляторы.

1.2.2 Однофазная нулевая схема

Схема и диаграмма выпрямленного напряжения показаны на рис.4. На схеме обозначены: TV1 - согласующийсиловой трансформатор, VS1 - VS2 - тиристоры силовой схемы,L1 - сглаживающий дроссель, Z_н - нагрузка. Импульсы управления подаются на тиристоры VS1,VS2 со сдвигом 180^o.

Схема имеет следующие количественные показатели:

К_сх=0,9; К_п=1,0; К_и=1,34.

Основные расчетные соотношения в схеме:

_vs=К_зап*U₂*Ö2, I_vs= К_зап*I_d/(2* К_о).

Достоинство схемы (по сравнению с однофазной однополупериодной):

лучший коэффициент использования трансформатора,

меньше габариты и вес сглаживающего фильтра.Недостатки схемы:

-    большее число тиристоров,

-        большее число каналов управления тиристорами.

Применение схемы: электропривод малой мощности, а также преобразователи различных технологических установок.

1.2.3 Однофазная мостовая схема

Схема и диаграмма выпрямленного напряжения показаны на рис.5. На схеме обозначены: TV1 - согласующийсиловой трансформатор, VS1 - VS4 - тиристоры силовой схемы,L1 - сглаживающий дроссель, Z_н - нагрузка.

Импульсы управления подаются синхронно попарно на тиристоры VS1,VS4 и сосдвигом 180^o на тиристоры VS2,VS3.

Схема имеет следующие количественные показатели:

К_сх=0,9, К_п=1,0, К_и=1,1.

Основные расчетные соотношения в схеме:

_vs=К_зап*U₂*Ö2, I_vs= К_зап*I_d/(2* К_о).

Достоинство схемы (по сравнению с однофазной нулевой):

-    больший коэффициент схемы,

-        проще конструкция трансформатора (без средней точки).

Недостатки схемы:

-    большее число тиристоров,

-        большее число каналов управления тиристорами.

Применение схемы: электропривод малой мощности, блоки питания, зарядные устройства.

1.2.4 Однофазная мостовая полууправляемая схема

Схема и диаграмма выпрямленного напряжения показаны на рис.6. На схеме обозначены: VS1 - VS2 - тиристоры силовой схемы,VD1 - VD2 - диоды силовой схемы,L1 - сглаживающий дроссель, Z_н - нагрузка. Диаграммы выпрямленного напряжения этой схемы аналогичны диаграммам, показанным на рис.5.

Импульсы управления подаются на тиристор VS1 и сосдвигом 180^o на тиристор VS2.

Схема имеет те же количественные показатели и расчетные соотношения, что и предыдущая.

Достоинство схемы (по сравнению с однофазной мостовой):

-    меньшее число тиристоров и каналов управления ими.

Недостатки схемы:

-    невозможность режима инвертирования.

Применение схемы: электропривод малой мощности, блоки питания, зарядные устройства.

1.3 Системы управления УВ

Для управления тиристорными преобразователями наиболеечасто применяются системы импульсно-фазового управления (СИФУ), осуществляющие вертикальный способ управления тиристорами. СИФУ позволяют изменять угол регулирования a в пределах от 0 до 180^о, обеспечивая тем самым изменение выходного напряжения от 0 до номинального значения.

К СИФУ предьявляются следующие требования:

должна быть обеспечена линейная зависимость угла отпирания тиристора от напряжения управления a=f(U_у) в пределах от 0 до 180^о,

амплитуда импульса должна быть достаточной для надежного отпирания тиристора (обычно U_уэ = 8…10 В, I_уэ ≤ 1 А),

импульс управления должен быть узким, с крутым передним фронтом, продолжительностью в 2-3 раза больше, чем время включения тиристора ( ≥100 мкс).

Функциональная схема одного каналаСИФУ и диаграммы работы его элементов показаны соответственно на рис.7 и рис.8.

На схеме обозначены:

ИСН - источник синхронизирующего напряжения, обычно выполняется в виде понижающего маломощного трансформатора или(реже) в виде резистивного делителя напряжения. Необходим для синхронизации работы тиристора и его канала управления (СИФУ).

ГПН - генератор периодического напряжения, как правило,линейно нарастающего ("пилообразного").

К - компаратор. Здесь сравниваются дванапряжения - с выхода ГПН и напряжение управления. На выходе компаратора вырабатывается угол регулирования a.

УФ - усилитель-формирователь импульсов управления, формирующий необходимые параметры импульса управления тиристором:амплитуду, длительность и форму.

ГР - гальваническая развязка, необходимая для разделения высокого потенциала силовой части тиристорного преобразователя и низкого потенциаласистемы управления, а также для согласования выходного сопротивления УФ с входным сопротивлением тиристора. Обычно выполняется на импульсном трансформаторе или оптроне.

Система управления УВ строится на основе функциональной схемы, приведенной на рис.7.

1.4 Статические характеристики УВ

Регулировочная характеристика УВ, отражающая зависимость

_вых =U_d0×(1+cos)/2, показана на рис.10.

Выходная характеристика УВ показана на рис.11.

1.5 Защита УВ

Силовой согласующий трансформатор и силовая схема УВ должны быть защищены от токов короткого замыкания (к.з.) и токов перегрузки. Как правило, такие виды защит осуществляются автоматическими выключателями (автоматами) с комбинированными расцепителями. Расцепитель токов к.з. рассчитан на мгновенное срабатывание автомата при токе (2…10)I_н, а расцепитель токов перегрузки - на задержанное срабатывание автомата при токе (1,1…2,0)I_н . Номинальный ток автомата выбирается равным или немногим больше номинального тока защищаемого устройства. Данные автоматов приведены в табл.3.

Достоинства УВ:

. Высокий КПД (до 98-99%).

. Высокая удельная мощность.

. Естественное закрывание тиристоров.

. Относительная простота и надежность.

Недостатки УВ:

. Ухудшение гармонического состава питающей сети.

. Уменьшение коэффициента мощности при увеличенииугла управления.

. Ограничения по быстродействию.

Область применения УВ:

. Управляемый электропривод постоянного тока.

. Электротехнологические установки.

. Зарядные устройства.

2. Расчет элементов силовой части

.1 Выбор трансформатора

Мощность выбираемого трансформатораS_т рассчитывается по формуле (3):

_т = k_и ×I_н ×U_н,               (3)

где k_и - коэффициент использования,

I_н - номинальный ток двигателя (А),

U_н - номинальное напряжение двигателя (В).

Номинальные данные двигателя приведены в табл.1. Выбор трансформатора производится по табл. 2. Его мощность должна быть не меньше, чем расчетная мощность по формуле (3).

Напряжение вторичной обмоткиU_2н выбирается по формуле (4) и округляется до стандартного значения (U_2н в табл. 2) в большую сторону:

_2н≥U_н / К_сх,   (4)

где U_2н - номинальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора,

К_сх - коэффициент схемы (для однофазной мостовой схемы К_сх = 0,9).

S_т = k_и×I_н×U_н =1,1*1,8*220=435,6 Вт (3)

Таблица 1.

U_2н ≥ U_н / К_сх=110/0,9=123~130В

Таблица 2

2.2 Расчет и выбор тиристоров

Для выбора нужного тиристора силовой части УВ необходимо рассчитать средний ток тиристора I_ср и максимальное обратное напряжение U_{обр.макс.} по формулам (1) и (2). По данным расчета, округленным до стандартного значения в большую строну, выбираем тип тиристора и его предельные параметры. Рекомендуемый тип тиристора в зависимости от среднего тока приведен в табл.4.

Таблица 4

Пример обозначения тиристора для спецификации: Т112-10-8.

_vs= К_зап×I_d/(n* К_о) (1)

гдеК_о - коэффициент, учитывающий способ охлаждения тиристора (К_о=1 при водяном охлаждении, К_о=0,3 при естественном воздушном охлаждении, К_о=0,3...0,6 при принудительном воздушном охлаждении);_d - средний выпрямленный ток (I_d = I_н ),- число тактов выпрямления схемы, n=1 (однофазная однополупериодная), n=2 (однофазные нулевая и мостовая),

_vs= К_зап×I_d/(n* К_о)=2*1,8/(2*0,3)=6(А)

U_{обр.макс.} =k_зап××U_2н     (2)

где k_зап - коэффициент запаса, учитывающий превышение напряжения, К_зап=1,25…2,0.

_{обр.макс.} =k_зап××U_2н=2**260=733,2(В)

2.3 Выбор сглаживающего дросселя

Индуктивность дросселя фильтра из условия непрерывности тока в нем должна быть

Индуктивность необходимого сглаживающего дросселя определяется по следующей формуле:

L_с.д.= ,                   (5)

L_с.д.= -184,732(Гн)

где m - число пульсаций за период (m =1 для однофазной однополупериодной схемы, m =2 для нулевой и мостовой однофазных схем),

_с - частота сети, _с = 2×p×f , f= 50 Гц;

U_d0 - напряжение преобразователя при нулевом угле управления (В),

U_d0 = k_сх×U_2н,                 (6)

_d0 = 260*0,9=234(В)

I_н - номинальный ток двигателя (А);

L_тр - индуктивность трансформатора (Гн);

L_тр= ,       (7)

_тр= ,

где x_a - индуктивное сопротивление обмотки трансформатора (Ом).

_a= ,    (8)

_a= ,

где S_н - номинальная мощность трансформатора (ВА), см. табл. 2.

_дв= ,      (9)

_дв= ,

где k - коэффициент, учитывающий компенсированность двигателя

( k = 6…8);

U_н - номинальное напряжение двигателя (В), см. табл. 1;

n_н - номинальная угловая скорость двигателя (об/мин), см. табл. 1;

_p - число пар полюсов (2_p = 4).

2.4 Расчет активного сопротивления трансформатора

Активное сопротивление трансформатора рассчитывается по следующей формуле:

R_тр= ,     (10)

R_тр =

где DP_кз - потери трансформатора в режиме КЗ (табл. 2);

U_2н - номинальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора (В);

S_н - номинальная мощность трансформатора (ВА).

2.5 Расчет сопротивления тиристора

Сопротивление тиристора определяется формулой (12):

,        (12)

,

где DU_тир - падение напряжения на тиристоре, находящемся в открытом состоянии (табл.4);_ср - средний ток выбранного тиристора (А), см. п. 2.2.

2.6 Расчет коммутационного сопротивления при включении - выключении тиристоров

R_ком= ,       (13)

_ком = =1,195(Ом)

где x_a - индуктивное сопротивление обмотки трансформатора (Ом),

m - число пульсаций за период (см. п. 2.3).

2.9 Расчет активного сопротивления УВ

Активное сопротивление преобразователя для мостовых схем рассчитывается по формуле:

_п = R_сд + R_тр + 2×R_тир + R_ком    (14).

_п = 0,105 + 0,316 + 2×0,125 + 1,195=1,866(Ом)

Для нулевых схем множитель 2 в формуле (14) опускается.

. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Принципиальная схема одного канала системы управления двумя тиристорами мостового УВ приведена на рис.П2.

На схеме рис.П2 обозначено:

VT1 - транзистор генератора периодического напряжения (ГПН). Наклон линейно изменяющегося напряжения генератора регулируется подбором элементов R2, С1. Резистор R1 ограничивает амплитуду напряжения, поступающего с источника синхронизирующего напряжения (ИСН). Диод VD1 отсекает опасное для транзистора VT1 положительное напряжение ИСН.

VT2 - транзистор компаратора (К). Он открывается, если линейно нарастающее напряжение с ГПН превышает заданный уровень напряжения управления U_у.

VT3 - транзистор усилителя импульсов напряжения компаратора.

С2, R6 - формирователь коротких импульсов управления для блока усилителя-формирователя (УФ) канала СИФУ.

VT4 - транзистор усилителя мощности импульсов управления УФ.

ТИ1 - импульсный трансформатор гальванической развязки (ГР).

VD2, VD3, VD4 - диоды, предназначенные для отсечения паразитных импульсов отрицательной полярности, т.к. на управляющий электрод тиристора допускается подавать импульсы управления только положительной полярности. Выходная клемма 1 (3) подсоединяется к управляющему электроду, а клемма 2 (4) - к катоду тиристора.

3.1 Расчет элементов генератора периодического напряжения

.1.1 Выбор транзистора VT1

Выбор транзистора VT1 производится по максимальным напряжению U_кэ и току коллектора I_к , коэффициенту усиления по току β и мощности Р_доп.

Учитывая, что условия работы транзистора соответствуют условиям работы предварительного каскада усиления (малая мощность Р_доп≤ 0,3 Вт, ток коллектора I_к≥ 0,05 А, коэффициент усиления β ≥20),напряжение питания СИФУ (U_п = 24 В) и вид транзистора (p-n-p), выбираем транзистор VT1 из табл.5.

Основные данные транзисторов. Таблица 5.

3.1.2 Выбор отсекающего диода VD1

Учитывая, что диод VD1 должен иметь малое прямое падение напряжение U_пр ≤ 0,7 В, максимальное напряжение U_обр>U_п и максимальный прямой ток I_пр ≥ 0,3 А, выбираем диод VD1 из табл.6.

Таблица 6

3.1.3 Выбор ограничивающего резистора R1

Сопротивление резистора R1 определяется по формуле

R1 ≥

R1≥

где U_синхр - напряжение синхронизации силовой части УВ и СИФУ, В;

I_к - максимальный ток коллектора выбранного транзистора VT1, А;

β_мин - минимальный коэффициент усиления VT1 из табл.5.

Величина сопротивления резистора R1 округляется до номинального значения. Номинальные величины сопротивлений: R_ном = (10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91)х10ⁿ Ом.

Мощность резистора R1 определяется по формуле

Р≥ (Вт)

Р≥

где R1 - выбранное номинальное значение резистора.

Тип и номинальная мощность резистора R1 выбирается по табл.7.

Таблица 7

3.1.4 Выбор цепи заряда генератора С1, R2

Сначала задаются емкостью конденсатора С1, а затем определяют сопротивление резистора R2 из следующего соотношения:

R2 =

2 =

где U_п- напряжение питания СИФУ, В;

U_гпн- амплитуда выходного напряжения ГПН, В;

С1 - емкость конденсатора С1, Ф.

Рекомендуется U_гпн =8 В, а С1=1 мкФ.

Мощность сопротивления R2 определяется по формуле

Р≥ (Вт)

Р≥

где R2 - выбранное номинальное значение резистора.

Тип и номинальная мощность резистора R2 выбирается по табл.7.

Тип и номинальное напряжение конденсатора С1 выбирается по табл.8.

Таблица 8

3.2 Расчет элементов компаратора

3.2.1 Выбор транзистора VT2

Выбор транзистора VT2 производится по максимальным напряжению U_кэ и току коллектора I_к , коэффициенту усиления по току β и мощности Р_доп.

Учитывая, что условия работы транзистора соответствуют условиям работы предварительного каскада усиления (малая мощность Р_доп≤ 0,3 Вт, ток коллектора I_к≥ 0,05 А, коэффициент усиления β ≥20),напряжение питания СИФУ (U_п = 24 В) и вид транзистора (p-n-p), выбираем транзистор VT2 из табл.5.

3.2.2 Выбор транзистора VT3

Выбор транзистора усилителя сигнала компаратора VT3 производится по максимальным напряжению U_кэ и току коллектора I_к , коэффициенту усиления по току β и мощности Р_доп.

Учитывая, что условия работы транзистора соответствуют условиям работы промежуточного каскада усиления (малая мощность Р_доп≤ 0,3 Вт, ток коллектора I_к≥ 0,1 А, коэффициент усиления β ≥20),напряжение питания СИФУ (U_п = 24 В) и вид транзистора (n-p-n), выбираем транзистор VT3 из табл.5.

3.2.3 Выбор ограничивающего резистора R3

Резистор R3 ограничивает ток базы транзистора VT3.

Сопротивление резистора R3 определяется по формуле

R3 ≥ (Ом)

3 ≥

где U_п- напряжение питания СИФУ, В;

I_к- максимальный ток коллектора выбранного транзистора VT3, А;

β_мин - минимальный коэффициент усиления VT3 из табл.5.

P≥0,12(Вт)

3.2.4 Выбор резистора смещения R4

Резистор R4 подает необходимое напряжение смещения на базу транзистора VT3 для наилучшего усиления выходного напряжения компаратора.

Сопротивление резистора R4 определяется по формуле

4=0,2∙ R3 (Ом).

4=0,2∙ 4800=960(Ом)

P≥0,6(Вт)

МТЛ 1,0

3.2.5 Выбор ограничивающего резистора R5

Резистор R5 ограничивает ток коллектора транзистора VT3.

Сопротивление резистора R5 определяется по формуле

5 ≥ (Ом)

5 ≥

где U_п- напряжение питания СИФУ, В;

I_к- максимальный ток коллектора выбранного транзистора VT3, А.

P≥0,12(Вт)

МДТ 0,125

3.3 Расчет элементов усилителя-формирователя импульсов управления

.3.1 Выбор транзистора VT4

Выбор транзистора VT4 производится по максимальным напряжению U_кэ и току коллектора I_к , коэффициенту усиления по току β и мощности Р_доп.

Учитывая, что условия работы транзистора соответствуют условиям работы выходного каскада усиления (большая мощность Р_доп≥ 3 Вт, ток коллектора I_к≥ 1,5 А, высокий коэффициент усиления β ≥20),напряжение питания СИФУ (U_п = 24 В) и вид транзистора (p-n-p), выбираем транзистор VT4 из табл.5.

3.3.2 Расчет формирователя коротких импульсов управления С2, R6

Сначала задаются емкостью конденсатора С2, а затем определяют сопротивление резистора R6 из следующего соотношения:

R6 =

6 =

где t_вкл- время включения тиристора, с;

С2 - емкость конденсатора С2, Ф. R6 возьмем 300 Ом.

Рекомендуется выбрать С2=0,25 мкФ, а t_вкл указано в табл.4.

Мощность сопротивления R6 определяется по формуле

Р≥ (Вт)

Р≥ (Вт)

где R6 - выбранное номинальное значение резистора.

Тип и номинальная мощность резистора R6 выбирается по табл.7.

МЛТ 1

Тип и номинальное напряжение конденсатора С2 выбирается по табл.8.

3.4 Выбор элементов гальванической развязки импульсов управления

В качестве устройства гальванической развязки рекомендуется импульсный трансформатор типа Т103 (ТИ1). Трансформатор имеет одну первичную и две вторичные обмотки, намотанных на кольцевом ферритовом сердечнике и залитых эпоксидным компаундом. Все обмотки имеют одинаковое количество витков (100), поэтому коэффициент трансформации равен 1. Клеммы первичной обмотки ТИ1 (входные) подключены между выводом «-» источника питания СИФУ и эмиттером транзистора VT4; клемма 1 (3) вторичной обмотки (выходная) подсоединяется к управляющему электроду, а клемма 2 (4) - к катоду тиристора.

Учитывая, что диоды VD2-VD4 должны иметь малое прямое падение напряжение U_пр ≤ 1 В, максимальное напряжение U_обр> 1,41U₂ и максимальный прямой ток I_пр ≥ 0,3 А, выбираем диоды из табл.6.

3.5 Выбор элементов блока питания и задатчика напряжения управления

Принципиальная схема блока питания (БП) и задатчика напряжения управления для системы управления УВ приведена на рис.П1.

Понижающий трансформатор блока питания (TV2) выбирается из табл.2 исходя из следующих условий: напряжение первичной обмотки U_1н =220 В, напряжение вторичной обмотки U_2н = 24 В; СИФУ потребляет ток не более 1 А, номинальная мощность (S_н) рассчитывается по формуле (3).

_т = k_и ×I_н ×U_н

_т = 1,1× 1*2× 24=52,8 (ВА)

3.5.2 Выбор выпрямителя и сглаживающего фильтра блока питания

Диоды выпрямительного моста (VD5 - VD8) необходимо выбирать исходя из того, что СИФУ потребляет ток не более 1 А. Расчет и выбор VD5 - VD8 производится по формулам (1) - (2).

Величина емкости сглаживающего конденсатора С4 определяется как

С4=1,5∙10⁶

С4=1,5∙10⁶   (мкФ)

где f - частота сети,

U_2н -напряжение вторичной обмотки трансформатора,

I_н -ток нагрузки (ток, потребляемый СИФУ),

К_П - допустимый коэффициент пульсаций (допустимый К_П =0,2).

В качестве емкости сглаживающего фильтра (С4) рекомендуется конденсатор типа К50-12 *3шт. (табл.8).

3.5.3 Выбор элементов задатчика напряжения управления

Задатчик напряжения управленияСИФУ состоит из потенциометра R7, ограничивающего резистора R8 и развязывающей емкости С4. Исходя из условий U_гпн =8 В и U_п=24 В, приходим к соотношению R8=2∙R7.

Принимаем значение R7=1 кОм. Тогда R8=2 кОм.

Мощность резистора R7 определяется по формуле

Р≥ (Вт)

Р≥ (Вт)

В качестве резистора R7 рекомендуется использовать переменное сопротивление типа СП-0,5.

Мощность резистора R8 определяется по формуле

Р≥ (Вт)

Тип и номинальная мощность резистора R8 выбирается по табл.7.

В качестве развязывающей емкости С4 рекомендуется использоватьконденсатор типа К50-12 емкостью 10 мкФ и напряжением 50 В (табл.8).

3.5.4 Выбор выключателей QF1-QF2

4. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК УВ

4.1 Регулировочная характеристика

U_вых = U_d0×(1+cos)/2 _вых = U_d0×(1+cos)/2

_d0=0,9*260=235(В)

где U_d0 - напряжение преобразователя при нулевом угле управления (В);

угол управления ( 0^о£a£ 180^о ).

Регулировочная характеристика УВ показана на рис.10.

Рис.10.

4.2 Выходная характеристика

_вых = U_d0 - I×R_п,             (18)

U_вых =234-1,8*0,2=233,64 (В)

где I - текущий ток.

Выходная характеристика УВ показана на рис.11.

Рис.11.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой работе по данным двигателя 4ПО80А2 были рассчитаны параметры элементов, которые необходимо использовать в схеме управляемого тиристорного выпрямителя.

Управляемый выпрямитель включает в себя: силовую схему однофазного тиристорного выпрямителя, систему управления выпрямителя, блок питания системы управления.

Результаты расчета показали, что спроектированное устройство удовлетворяет требованиям технического задания.

Библиографический список

1.       Промышленная электроника в электроприводе: Учебное пособие для бакалавров направления 140400. - Иркутск, 2011. 123 с. ЭИ.

2.      М.П.Дунаев. Промышленная электроника в электроприводе: Методические указания по выполнению лабораторных работ. -Иркутск: ИрГТУ, 2011. 30 с.

.        М.П.Дунаев. Промышленная электроника в электроприводе: Методические указания к выполнению практических занятий. -Иркутск: ИрГТУ, 2011. 31 с.

.        М.П.Дунаев. Промышленная электроника в электроприводе: Методические указания к самостоятельной работе.- Иркутск: ИрГТУ, 2011. 7 с.

.        Силовая электроника: учебник по направлению "Электротехника, электромеханика и электротехнологии" / Ю. К. Розанов, М. В. Рябчицкий, А. А. Кваснюк. - 2-е изд., М.: Изд. дом МЭИ, 2009. - 631 с.

.        М.П.Дунаев. Преобразовательная техника / Учебное пособие.- Иркутск: ИрГТУ, 2001. 77 с.

Приложение

Перечень элементов принципиальной схемы УВ