Расчет - Автономного резонансного инвертора с обратными диодами - файл n7.doc

приобрести
Расчет - Автономного резонансного инвертора с обратными диодами
скачать (1508.1 kb.)
Доступные файлы (25):
n1.tmp
n2.bak
n3.cdw
n4.bak
n5.cdw
n6.xmcd
n7.doc943kb.05.05.2011 23:58скачать
n8.bak
n9.cdw
n10.cdw
n11.cdw
n12.bak
n13.bak
n14.cdw
n15.bak
n16.gif42kb.14.08.2010 18:59скачать
n17.bak
n18.cdw
n19.cdw
n20.cdw
n21.mht
n22.jpg37kb.05.08.2010 17:10скачать
n23.jpg49kb.05.08.2010 17:09скачать
n24.jpg41kb.05.08.2010 16:33скачать
n25.jpg55kb.05.08.2010 16:29скачать

n7.doc



Тольяттинский государственный университет

Кафедра «Промышленная электроника»
Последовательный автономный резонансный инвертор с обратными диодами


пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Энергетическая электроника»


Преподаватель: Медведев В.А.

Исполнитель: Вечканов А. Н.

Группа ПЭз-631
Тольятти 2010

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1 Задание на курсовую работу. . . . . . . . . . . . . . . 6

2 Выбор схемы АИР и описание принципа действия . . . . . . . 7

3 Расчет для «промежуточного» режима. . . . . . . . . . . 10

4 Расчет для “холодного” и “горячего” режимов. . . . . . . . .13

5 Расчет режима стабилизации напряжения на нагрузке. . . . . . 16

6 Расчет режима стабилизации мощности на нагрузке. . . . . . .20

7 Выбор элементов. . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

8 Расчет дросселя . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

9 Расчет согласующего трансформатора. . . . . . . . . . . 27

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Список используемой литературы . . . . . . . . . . . . . 35

Введение



Автономные инверторы – устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работающие на автономную (не связанную с сетью переменного тока) нагрузку. Нагрузкой автономного инвертора может быть единичный потребитель (асинхронный двигатель, электрическая установка) или разветвленная сеть потребителей (несколько нагрузок, работающих по своему графику).

Основой автономного инвертора является вентильное переключающее устройство, которое может выполняться по однофазным и трёхфазным схемам (с нулевым выводом или мостовым), где ключами служат транзисторы и одно или двухоперационные тиристоры. При использовании однооперационных тиристоров схему дополняют элементами, предназначенными для коммутации тиристоров. Одним из главных является конденсатор. Конденсаторы могут применяться для формирования кривой выходного напряжения инвертора и определять характер процессов, протекающих в схеме. В связи с этим схемы автономных инверторов подразделяют на автономные инверторы напряжения (АИН), автономные инверторы тока (АИТ) и автономные резонансные инверторы (АИР).

В АИР конденсатор можно включать последовательно с нагрузкой или параллельно ей. Характер протекающих процессов в главных цепях ключевой схемы обуславливается колебательным процессом перезаряда конденсатора в цепи с источником питания и индуктивностью, специально введённой или имеющейся в составе нагрузки, в связи с чем, ток в цепи нагрузки приближается по форме к синусоиде. АИР обычно выполняют на однооперационных тиристорах. Помимо формирования кривой тока (напряжения) нагрузки конденсаторы здесь осуществляют операцию запирания тиристоров.

Основные области применения автономных инверторов следующие:

  1. питание потребителей переменного тока (АИН, АИТ) в устройствах, где единственным источником энергии является аккумуляторная батарея (например, бортовые вторичные источники питания), а также резервное питание ответственных потребителей при возможном отключении сети переменного тока (электросвязь, вычислительная техника);

  2. электротранспорт (АИН, АИТ), питающийся от контактной сети или какого-либо источника постоянного тока, где в качестве тяговых электродвигателей желательно иметь простые, надежные и дешевые короткозамкнутые асинхронные двигатели;

  3. электропривод с асинхронными и синхронными двигателями (АИН, АИТ), где инвертор служит источником регулируемых напряжения и частоты;

  4. преобразователи постоянного напряжения одной величины в постоянное напряжение другой величины (АИН, АИТ, АИР);

  5. устройства для получения переменного тока (АИН, АИТ, АИР) необходимой частоты от источников прямого преобразования энергии (термо- и фотоэлектрические генераторы, топливные элементы, МГД-генераторы), вырабатывающих энергию на постоянном токе;

  6. электротермия (АИТ, АИР) для получения переменного тока повышенной частоты (плавка металла, нагрев и закалка изделий).

АИР предназначены для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение повышенной частоты (от 500 – 1000 Гц до 5 – 10 кГц и выше). Одной из основных областей применения таких преобразователей является электротермия (индукционная плавка металла, индукционный нагрев и закалка изделий). АИР находят применение и в качестве источников переменного напряжения повышенной частоты, а также используются для преобразования постоянного напряжения одной величины в постоянное напряжение другой величины. В последнем случае выходным напряжением преобразователя является выпрямленное и сглаженное напряжение инвертора.

АИР обычно выполняют однофазными (преимущественно по мостовой схеме) с использованием однооперационных тиристоров. Конденсатор в АИР может включаться параллельно нагрузке или последовательно с ней. В зависимости от этого различают параллельные и последовательные АИР. Процессы, протекающие в АИР, характеризуются колебательным (резонансным) перезарядом конденсатора в цепи с индуктивностью, в которую может входить индуктивность нагрузки.

По своим свойствам АИР в зависимости от соотношения параметров и схемы могут быть близки либо к инверторам тока, либо к инверторам напряжения. В первом случае источник питания обладает высоким сопротивлением для переменной составляющей входного тока (источник тока), а во втором – малым сопротивлением (источник напряжения). АИР с питанием от источников тока называются инверторами с закрытым входом, а питающиеся от источников напряжения – с открытым входом.

Резонансным инверторам свойственен недостаток, заключающийся в том, что напряжения на элементах схемы могут в несколько раз превышать напряжение питания. Одним из способов ограничения напряжения на элементах АИР является включение обратных или встречных диодов, с помощью которых накопленная на этапе проводимости тиристоров в конденсаторе энергия возвращается в источник питания или другой накопитель энергии.
1 Задание на курсовую работу
Разработать последовательный автономный резонансный инвертор с обратными диодами для индукционного нагрева при следующих исходных данных:

мощность, выделяемая в нагрузке PH = 30 кВт;

частота f = 3500 Гц;

питающее напряжение Uп = 380 В;

сопротивление нагрузки в холодном режиме Rнх = 0.035 Ом;

сопротивление нагрузки в промежуточном режиме Rнп = 0.047 Ом;

сопротивление нагрузки в горячем режиме Rнг = 0.027 Ом;

индуктивность нагрузки в холодном режиме Lнх = 5 мкГн;

индуктивность нагрузки в промежуточном режиме LHП = 6 мкГн;

индуктивность нагрузки в горячем режиме LHГ = 4.5 мкГн.

2 Выбор схемы АИР и описание принципа действия
В последовательных автономных резонансных инверторах без обратных диодов условия для запирания проводивших тиристоров создаются на этапе токовых пауз в кривой тока нагрузки. С увеличением частоты относительная продолжительность токовых пауз возрастает, и они занимают значительную часть периода. С ростом частоты мощность, отдаваемая в нагрузку, уменьшается, а форма кривой тока нагрузки значительно отличается от синусоиды. Для улучшения показателей инвертора при переходе в область повышенных частот исходную схему АИР дополняют обратными диодами (рисунок 1.1). Применение обратных диодов устраняет также перегрузки по напряжению на тиристорах, что позволяет выбирать тиристоры более низкого класса. Недостатком схем с обратными диодами является то, что обратное напряжение, появляющееся на тиристоре в течение времени его выключения, равно только падению напряжения на диоде, включенном встречно-параллельно с ним. Поэтому в таких схемах необходимы тиристоры с весьма малым временем восстановления запирающих свойств. В АИР возможны два режима работы: прерывистого тока нагрузки и непрерывного тока нагрузки. Режиму прерывистого тока отвечает соотношение частот ?0>2?, где ?0=2?/Т0 –собственная резонансная частота выходной цепи, а ?=2?/Т – выходная частота инвертора. Режиму непрерывного тока соответствует соотношение собственной резонансной частоты и частоты следования управляющих импульсов, при котором ?0<2? или Т0<Т/2. Благодаря близкой к синусоиде форме кривой тока нагрузки, а также лучшему использованию тиристоров по току режим непрерывного тока нагрузки находит большее применение на практике.

Рассмотрим временные диаграммы (рисунок 2.2), характеризующие процессы в инверторе в режиме непрерывного тока нагрузки.

В исходный момент конденсатор Ск имел полярность, указанную на рисунке 1.1 в скобках. В момент t0 отпираются тиристоры VS1 и VS4 и конденсатор Ск перезаряжается на противоположную полярность, указанную на рисунке 1.1 без скобок. В момент t1 анодный ток тиристоров VS1 и VS4 становится равным нулю и тиристоры запираются. Так как в результате колебательного процесса перезаряда конденсатор Ск заряжается до напряжения, превышающего напряжение источника питания (Ud), то диоды VD1 и VD4 отпираются и конденсатор Ск разряжается на источник питания, обеспечивая протекание тока нагрузки в другом направлении. В момент t2 отпираются тиристоры VS2 и VS3 и ток нагрузки коммутируется на эти тиристоры. Конденсатор Ск перезаряжается исходной полярностью. После запирания тиристоров VS2 и VS3 ток нагрузки протекает через диоды VD2 и VD3. Таким образом, когда ток протекает через тиристоры, источник питания отдает энергию нагрузке, а на интервале проводимости диодов часть реактивной энергии возвращается в источник питания.

Рисунок 2.1 – Схема последовательного автономного резонансного инвертора с обратными диодами


Рисунок 2.2 – Временные диаграммы работы инвертора
3 Расчет для «промежуточного» режима
Исходные данные: номинальная мощность Рн=30 кВт;

выходная частота f=3500 Гц;

напряжение питающей сети Е=380 В.

Параметры индукционной установки меняются по ходу нагрева в соответствии с данными таблицы 3.1.

Таблица 3.1 Изменение параметров по ходу нагрева

Эквивалентные параметры
Режим работы

холодный
промежуточный
горячий

Индуктивность нагрузки Lн, Г
5·10-6
6·10-6
4.5·10-6

Сопротивление нагрузки, Ом
активное, Rн
35·10-3
47·10-3
27·10-3

реактивное, ХLн=2?fLн
0.11
0.132
0.099

полное,

0.115
0.14
0.103

Коэффициент мощности cos?н=Rн/zн
0.303
0.336
0.263


3.1 Нашли максимальное выпрямленное напряжение при питании от трехфазного мостового выпрямителя:

В (3.1)

Для получения возможности устранения колебания напряжения на входе инвертора в дальнейших расчетах использовали напряжение Ud:

В (3.2)

3.2 Определили минимальный угол запирания тиристоров:

рад, (3.3)

где tв.п. = 30 мкс – паспортное значение времени выключения тиристоров,

Tи = 1/f = 286 мкс – период выходной частоты инвертора.
3.3 Определили собственную частоту коммутирующего контура по формуле:

рад/с, (3.4)

где ? = 2∙?∙f = 21990 рад/с – выходная круговая частота инвертора.

3.4 Определили длительность протекания анодного тока:

рад (3.5)

3.5 Нашли угол включения тиристоров:

рад, (3.6)

где ? = Ку∙ ?1, (3.7)

Ку – коэффициент увеличения, приняли равным 2.08.

? = 2.08∙0.726 = 1.51 рад

3.6 Определили общую индуктивность схемы из формулы:

мкГн (3.8)

3.7 Определили величину дополнительной индуктивности:

мкГн (3.9)

3.8 Вычислили среднее значение входного тока:

А (3.10)

3.9 Нашли коэффициенты N и B, определяющие действующее значение тока и напряжения нагрузки в зависимости от параметров инвертора:

(3.11)

(3.12)

3.10 Определили действующее значение тока и напряжения нагрузки:

А (3.13)

В (3.14)

3.11 Определили ток нагрузки, исходя из заданной мощности:

А (3.15)

Так как Iн1 ? Iн2, то использовали согласующий трансформатор с коэффициентом трансформации .

3.12 Определили емкость коммутирующего конденсатора:

Ф (3.16)

Приняли СК = 40 мкФ.

3.13 Определили средние значения анодного тока тиристоров и диодов:

А (3.17)

А (3.18)

3.14 Нашли максимальное напряжение на коммутирующем конденсаторе:

В (3.19)


4 Расчет для “холодного” и “горячего” режимов

4.1 Определили частотный F и нагрузочный D коэффициенты:

(4.1)

(4.2)

(4.3)

(4.4)

4.2 Определили длительность полупериода протекания анодного тока:

рад (4.5)

рад (4.6)

4.3 Рассчитали углы включения тиристоров по формуле:

(4.7)

где мкГн (4.8)

(4.9)

где мкГн (4.10)

4.4 Нашли углы запирания тиристоров:

рад (4.11)

рад (4.12)

4.5 Определили резонансные частоты:

рад/с (4.13)

рад/с (4.14)

4.6 Рассчитали коэффициенты N и B для холодного и горячего режима:

(4.15)

(4.16)

(4.17)

(4.18)

4.7 Определили напряжение на первичной обмотке трансформатора:

В (4.19)

В (4.20)

4.8 Нашли активную мощность в нагрузке:

Вт (4.21)

Вт (4.22)

4.9 Определили среднее значение входного тока:

А (4.23)

А (4.24)

4.10 Рассчитали средние значения анодного тока тиристоров и диодов:

А (4.25)

А (4.26)

(4.27)

(4.28)

4.11 Нашли действующие значения первичного тока:

А (4.29)

А (4.30)

4.12 Определили максимальные напряжения на конденсаторе:

В (4.31)

В (4.32)
5 Расчет режима стабилизации напряжения на нагрузке

5.1 Приняли частоту f равной 3560 Гц, UНном = Uн1=111.85 В.

5.2 Рассчитали длительность протекания анодного тока по формулам:

рад, (5.1)

рад, (5.2)

где : рад/с – задаваемая частота,

?0Х = 28560 рад/с и ?0Г = 28800 рад/с – собственные частоты для соответствующих режимов, рассчитанные в п.4.5,

5.3 Определили углы включения тиристоров по формулам (4.7) и (4.9):

рад

рад

5.4 Определили углы запирания тиристоров по формулам (4.11) и (4.12):

рад

рад

5.5 Определили коэффициенты N и B по формулам (4.15) – (4.18):









5.6 Рассчитали напряжения на нагрузке по формулам (4.19) и (4.20):

В

В

5.7 Аналогично по пп.5.1 – 5.6 произвели расчет для других значений частоты f. Результаты режима занесены в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 – Результаты расчета режима стабилизации напряжения на нагрузке




?, рад/с
22370
22750
23120
23500
23880

«Холодный» режим

?0 = 28560 рад/с

cos?НХ=0.303
?Х, рад
2.46
2.502
2.543
2.585
2.626

?Х, рад
0.837
0.872
0.907
0.941
0.973

?Х, рад
1.518
1.512
1.505
1.498
1.489

NХ
0.103
0.108
0.114
0.122
0.13

BХ
3.03
3.029
3.029
3.028
3.028

UНХ, В
102.791
110.208
118.637
128.297
139.479

«Горячий» режим

?0 = 28800 рад/с

cos?НГ=0.263
?г, рад
2.44
2.481
2.522
2.563
2.605

?г, рад
0.83
0.867
0.903
0.939
0.974

?г, рад
1.532
1.527
1.523
1.517
1.511

Nг
0.078
0.082
0.087
0.092
0.099

Bг
3.054
3.053
3.053
3.052
3.052

UНг, В
89.466
95.705
102.765
110.815
120.82



По полученным результатам построили графики зависимостей UНХ(f), UНГ(f) (рисунок 5.1), ?Х(f), ?Г(f) (рисунок 5.2).


U

f

Гц

В

UНХ

UНГ

UНном

Р
?

f

Гц

рад

?Х

?Г

?Нном
исунок 5.1 – График зависимости напряжения на нагрузке от частоты
Рисунок 5.2 – График зависимости угла запирания тиристоров от частоты

По данным графикам определили частоты fх1 = 3632 Гц и fг1 = 3747 Гц и соответствующие им круговые частоты

?х1 = 2∙?∙fх1 = 22820 рад/с,

?г1 = 2∙?∙fг1 = 23540 рад/с,

при которых UНХ = UНГ = UНном.

5.8 Приняв ? = ?х1 для “холодного” режима и ? = ?г1 для “горячего” режима провели расчет по пп. 4.2 – 4.12 и полученные результаты занесли в таблицу 5.2.
Таблица 5.2 - Данные расчетов для частот стабилизации напряжения

Параметр
х1 = 22820 рад/с
г1 = 23540 рад/с

, рад
2.51
2.568

?, рад
0.879
0.943

?, рад
1.511
1.516

N
0.109
0.093

B
3.029
3.052

U1, В
111.807
111.829

Pн, Вт
32860
32090

Id, A
77.619
75.796

Iат, А
257.879
286.008

Iад, A
219.073
248.11

I1, A
968.932
1090

Ucm, В
1641
1782


6 Расчет режима стабилизации мощности на нагрузке

6.1 Приняли частоту f равной 3550 Гц, PНном = Pн = 30000 Вт.

6.2 Рассчитали (пп.5.2-5.6):

?Х = 2.454 рад, ?Х = 0.831 рад, ?Х = 1.519 рад, NХ = 0.102, BХ = 3.03,

UНХ = 101.64 В;

?Г = 2.433 рад, ?Г = 0.824 рад, ?Г = 1.532 рад, NГ = 0.078, BГ = 3.054,

UНГ = 88.496 В.

6.3 Нашли активную мощность в нагрузке по формулам (4.21), (4.22):

Вт

Вт

6.4 Аналогично по пп.6.1 – 6.3 произвели расчет для других значений частоты f. Результаты занесены в таблицу 6.1.
Таблица 6.1 – Результаты расчета режима стабилизации мощности




?, рад/с
22310
22620
22930
23250
23560

«Холодный» режим

?0 = 28560 рад/с

cos?НХ=0.303
?Х, рад
2.454
2.488
2.523
2.557
2.592

?Х, рад
0.831
0.861
0.89
0.918
0.946

?Х, рад
1.519
1.514
1.509
1.503
1.496

NХ
0.102
0.106
0.111
0.117
0.123

BХ
3.03
3.029
3.029
3.029
3.028

UНХ, В
101.64
107.633
114.284
121.707
130.046

РНХ,Вт
27150
30450
34330
38940
44450

«Горячий» режим

?0 = 28800 рад/с

cos?НГ=0.263
?г, рад
2.433
2.467
2.502
2.536
2.57

?г, рад
0.824
0.855
0.885
0.915
0.945

?г, рад
1.532
1.529
1.525
1.521
1.516

Nг
0.078
0.081
0.085
0.089
0.093

Bг
3.054
3.053
3.053
3.052
3.052

UНг, В
88.496
93.542
99.123
105.328
112.268

РНг,Вт
20100
22450
25210
28470
32340


По полученным результатам построили графики зависимостей PНХ(f), PНГ(f) (рисунок 6.1), ?Х(f), ?Г(f) (рисунок 6.2).


P

f

Гц

Вт

UНХ

UНГ

UНном

Рисунок 6.1 – График зависимости мощности на нагрузке от частоты


?

f

Гц

рад

?Х

?Г

?Нном

Рисунок 6.2 – График зависимости угла запирания тиристоров от частоты

По данным графикам определили частоты fх2 = 3594 Гц и fг2 = 3721 Гц и соответствующие им круговые частоты

?х2 = 2∙?∙fх2 = 22580 рад/с,

?г2 = 2∙?∙fг2 = 23380 рад/с,

при которых РНХ = РНГ = РНном.

6.5 Приняв ? = ?х2 для “холодного” режима и ? = ?г2 для “горячего” режима провели расчет по пп. 4.2 – 4.12 и полученные результаты занесли в таблицу 6.2.
Таблица 6.2 - Данные расчетов для частот стабилизации мощности

Параметр
х1 = 22580 рад/с
г1 = 23380 рад/с

, рад
2.484
2.55

?, рад
0.857
0.928

?, рад
1.515
1.519

N
0.106
0.091

B
3.029
3.052

U1, В
106.881
108.146

Pн, Вт
30030
30010

Id, A
70.924
70.886

Iат, А
246.4
276.58

Iад, A
210.938
241.137

I1, A
926.243
1054

Ucm, В
1591
1739


7 Выбор элементов

7.1 По результатам расчета составили табл. 7.1, по которой провели выбор тиристоров и конденсаторов.

Таблица 7.1

Параметр схемы
Режимы

Проме-жуточный
Холодный
Горячий
Холодный

Uн=const
Горячий

Uн=const
Холодный

Pн=const
Горячий

Pн=const

Iат, А
215.8
221.65
214.98
257.879
286.008
246.4
276.58

Iад, А
180.4
192.92
193.65
219.073
248.11
210.938
241.137

Uсm, В
1415
1481
1459
1641
1782
1591
1739

tв, мкс
67
69
70
66
64
67
65


Максимально допустимое напряжение на одном конденсаторе равно 1782 В, поэтому составили конденсаторную батарею из 2 параллельно соединенных конденсаторов типа:

B25834-S2206-K4-2100В-20мкФ  10%.

По наибольшим значениям tв, Iат, Iад в таблице 7.1 выбрали тиристоры ТБ233-320 (параметры указаны в таблице 7.2), диоды Д161-320 (параметры указаны в таблице 7.3).

Таблица 7.2 - Параметры тиристора ТБ233-250

Наименование параметра
Значение параметра

Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии, Itavm, А
320

Время выключения, мкс
32

Время включения, мкс
2

Максимальная скорость нарастание тока, dI/dt, А/мкс
1000

Максимальная скорость нарастания напряжения, В/мкс
1000

Наибольший обратный ток, IRRM , мА
40

Заряд обратного восстановления , мкКл
80

повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии, В
1000

Охладитель
О343

Таблица 7.3 – Параметры диода Д161-250

Предельное обратное напряжение, В
1800

Максимальный допустимый средний ток в открытом состоянии, А
320

Наибольший обратный ток, IRRM , мА
40

Охладитель
О371


Для выравнивания распределения переходного напряжения применили шунтирующие RC-цепи. Для ограничения разрядного тока конденсатора С1 последовательно с ним включили низкоомный резистор R1 сопротивлением 20 Ом. Выбрали резистор [3] типа ПЭВ-40-20Ом5%.

Ёмкость шунтирующего конденсатора рассчитали по следующей формуле

Ф, (6.3)

где – половина заряда обратного восстановления, Кл.

Выбрали по справочнику [3] конденсатор типа К15-5-Н70-1.6кВ-0.01мкФ.
8 Расчет дросселя

Величина индуктивности добавочного дросселя 25.64 мкГн. Такую индуктивность можно получить, используя простой однослойный соленоид.

8.1 Выбрали плотность тока

А/м2

8.2 Сечение провода дросселя

м2, (8.1)

где – ток нагрузки, А.

Чтобы обеспечить полученное сечение провода, выбрали 5 параллельных провода со размерами сторон: а=5 мм и b=10 мм.

8.3 Размеры проводов вместе с изоляцией

м; (8.2)

м. (8.3)

8.4 Размеры сечения эквивалентного провода

м; (8.4)

м. (8.5)

8.5 Внутренний диаметр принимаем равным м, тогда внешний диаметр находится как:

м. (8.6)

8.6 Аксиальный размер поперечного сечения катушки принимаем равным внутреннему диаметру дросселя, т.е.м.

8.7 Количество витков в слое

витков; (8.7)

8.8 Уточнённый аксиальный размер поперечного сечения катушки

м. (8.8)

8.9 Радиальный размер поперечного сечения катушки

м. (8.9)

8.10 Количество слоёв в сечении

. (8.10)

Для дальнейшего расчёта принимаем .

8.11 Уточнённый радиальный размер поперечного сечения катушки

м. (8.11)

8.12 Уточнённый внешний диаметр дросселя

м. (8.12)

8.13 Средний диаметр катушки дросселя

м. (8.13)

8.14 Общее число витков в катушке

витков. (8.14)

8.15 Вспомогательный коэффициент

; (8.15)

На основании вспомогательного коэффициента из [2] определили величину магнитного потока равной 7.22 Вб.

8.16 Индуктивность катушки прямоугольного сечения

Гн. (8.16)

Эскиз соленоида приведен на рисунке 8.1.



Рисунок 8.1 – Эскиз соленоида


9 Расчет согласующего трансформатора

Трансформаторы в автономных инверторах используются для согласования параметров преобразователя и нагрузки и гальванической развязки вентильной части инвертора и нагрузки.

9.1 Исходные данные для расчета:

- действующее значение тока в первичной обмотке трансформатора А;

- действующее значение тока нагрузки А;

- действующее значение напряжения на первичной обмотке трансформатора: В;

- коэффициент трансформации ;

- частота напряжения Гц.

9.2 Полная мощность трансформатора:

ВА. (9.1)

9.3 В качестве материала магнитопровода трансформатора выбрана [5] электротехническая рулонная сталь марки 3405 с толщиной листа 0,3 мм. Характеристики стали [5]:

- удельные потери Вт/кг;

- магнитная индукция при напряженности 100 А/м и частоте 50 Гц Тл;

- коэффициент заполнения сечения сталью ;

- число пластин на 100 мм толщины пакета магнитопровода 317.

9.4 Диаметр стержня магнитопровода , сечение стержня , сечение ярма , коэффициент использования площади круга и число ступеней в сечении магнитопровода выбрали по [5]:

м;

м2;

м2;

;

.

9.5 Индукция в магнитопроводе при частоте Гц:

Тл. (9.2)

9.6 Геометрические размеры первичной обмотки трансформатора.

9.6.1 Число витков обмотки:

, (9.3)

где м2 – активное сечение стержня магнитопровода.

Приняли число витков обмотки .

9.6.2 Выбрали [5] медный провод обмотки марки ПСДК с классом нагревостойкости Н и плотностью тока А/мм2.

9.6.3 Сечение провода первичной обмотки:

м2. (9.4)

Так как рассчитанное сечение превосходит максимальное стандартное сечение, то провод разбивается на несколько параллельных проводов. Выбрали по [5] стандартное сечение провода м2. Провод разбит в осевом направлении на 2, в радиальном – на 4 параллельных провода с сечением м2 каждый. Размеры провода: мм, мм без изоляции; мм, мм с изоляцией.
9.6.4 Тип обмотки – цилиндрическая однослойная обмотка.

Обмотка наматывается плашмя.

Осевой размер обмотки:

м, (9.5)

где – число параллельных проводников в витке в осевом направлении;

– число витков в одном слое обмотки;

мм – осевой размер изолированного проводника.

Радиальный размер обмотки:

м (9.6)

где мм – радиальный размер витка;

– число слоев обмотки.

9.7 Геометрические размеры вторичной обмотки трансформатора.

9.7.1 Число витков обмотки:

. (9.7)

9.7.2 Выбрали по [5] медный провод обмотки марки ПСДК с классом нагревостойкости Н и плотностью тока А/мм2.

9.7.3 Сечение провода вторичной обмотки:

м2. (9.8)

Так как рассчитанное сечение превосходит максимальное стандартное сечение, то провод разбивается на несколько параллельных проводов. Выбрали по [5] стандартное сечение провода м2. Провод разбит в осевом направлении на 2, в радиальном – на 4 параллельных провода с сечением м2 каждый. Размеры провода: мм, мм без изоляции; мм, мм с изоляцией.

9.7.4 Тип обмотки – цилиндрическая однослойная обмотка аналогично п. 9.6.4.

9.8 Размеры пакетов сечения стержня магнитопровода на половину сечения стержня [5]:

Размеры пакетов в поперечном сечении стержня:

f1C1 = 0.1340.021 м2

f2C2 = 0.1220.014 м2

f3C3 = 0.1080.01 м2

f4C4 = 0.090.0091 м2

f5C5 = 0.069 0.007 м2

f6C6 = 0.0420.0059 м2

высота сегмента:

м.

9.9 Размеры пакетов сечения ярма магнитопровода на половину сечения ярма. Форма поперечного сечения ярма [5] повторяет по размерам пакетов сечение стержня. Однако для улучшения прессовки ярма ярмовыми балками, более равномерного распределения давления по ширине пакетов и уменьшения веера пластин на углах пакетов в ярме объединяются 2 последних пакета. Таким образом, ярмо имеет на 1 ступень меньше, чем стержень:

Размеры пакетов в поперечном сечении ярма:

f1C1 = 0.1340.021 м2

f2C2 = 0.1220.014 м2

f3C3 = 0.1080.01 м2

f4C4 = 0.090.0091 м2

f5C5 = 0.069 0.007 м2

f6C6 = 0.0690.0059 м2
9.10 Минимальное расстояние между осями соседних стержней:

(9.9)

где и – расстояния от стержня до обмоток и [5];

мм – расстояние между обмотками [5].

9.11 Высота стержня:

м; (9.10)

м, (9.11)

где и – расстояния от обмоток до верхнего и нижнего края ярма.

Высота стержня принята равной:

м. (9.12)

9.12 Масса трансформатора.

9.12.1 Масса стержней:

кг, (9.13)

где – количество стержней;

кг/м3 – удельный вес стали.

9.12.2 Масса ярма:

кг, (9.14)

где м2 – активное сечение ярма;

м – расстояние между соседними стержнями.

9.12.3 Масса углов магнитопровода:

кг, (9.15)

где – высота ярма.

9.12.4 Масса магнитопровода:

кг. (9.16)

9.12.5 Масса обмотки .

Внутренний диаметр первичной обмотки:

м. (9.17)

Внешний диаметр первичной обмотки:

м. (9.18)

Масса металла первичной обмотки:

кг, (9.19)

где кг/м3 – удельный вес меди.

Масса провода первичной обмотки:

кг, (9.20)

где – коэффициент увеличения массы провода за счет изоляции [5].

9.12.6 Масса обмотки . Расчет проводится аналогично п. 9.12.5:

кг. (9.21)

9.12.7 Масса трансформатора:

кг. (9.22)

9.13 Основные потери в обмотках.

9.13.1 Основные потери в обмотке :

Вт, (9.23)

где А/м2 - плотность тока в обмотке 1;

- коэффициент для медного провода;

С – допустимая температура нагрева изоляции обмотки класса Н.

9.13.2. Основные потери в обмотке :

Вт, (9.24)

где А/м2 - плотность тока в обмотке .

9.14 Добавочные потери в обмотках от вихревых токов основной частоты.

9.14.1 Добавочные потери в обмотке :

Вт, (9.25)

где: – коэффициент добавочных потерь [5,табл.11];

м – перпендикулярный полю рассеяния линейный размер проводника;

Тл – эквивалентная магнитная индукция поля рассеяния;

Тл – амплитуда осевой составляющей магнитной индукции рассеяния.

9.14.2 Добавочные потери в обмотке по формуле (9.25):

Вт. (9.26)

9.15 Потери холостого хода в магнитопроводе трансформатора:

Вт, (9.27)

где – коэффициент, учитывающий суммарные добавочные потери в магнитопроводе трансформатора.

9.16 Общие потери в трансформаторе:

Вт. (9.28)

9.17 КПД трансформатора:

. (9.29)

Заключение
В курсовом проекте проводился расчёт схемы последовательного автономного резонансного инвертора. Были рассчитаны различные режимы работы инвертора.

Специально для данной схемы инвертора был рассчитан дроссель без сердечника с индуктивностью 25.68 мкГн, а также согласующий трансформатор с коэффициентом трансформации равным 1, мощностью 89400 ВА, с коэффициентом полезного действия 99.5% и совокупной массой, без учёта крепёжных элементов, порядка 98.5 кг.
Список используемой литературы

  1. Медведев, В.А. Расчёт автономных резонансных инверторов для индукционного нагрева: Метод. указания курсовому проектированию [текст]/ В.А. Медведев. – Тольятти: ТолПИ, 1992. – 35с.,ил.

  2. Калантаров, П.Л. Расчёт индуктивностей [текст]: Справочная книга. - 3-е изд., перераб. И доп. Л.: Энергоатомиздат, 1986 г., 488с.,ил.

  3. http://www.platan.ru/

  4. Александров, К.К. Электротехнические чертежи и схемы [текст]. М.: Энергоатомиздат. – 1990. – 290с.,ил.

  5. Медведев, В.А. Расчёт согласующего трансформатора автономных преобразователей: Метод. указания к курсовому проектированию [текст]/ Сост. В.А. Медведев. – Тольятти: ТолПИ, 1995. – 20с.,ил.



Лекции
Лабораторные
Справочники
Эссе
Вопросы
Стандарты
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации