Курсовой проект - Разработка силовой части однофазного мостового управляемого преобразователя на номинальный выпрямленный ток 180А - файл n8.doc

приобрести
Курсовой проект - Разработка силовой части однофазного мостового управляемого преобразователя на номинальный выпрямленный ток 180А
скачать (1315.4 kb.)
Доступные файлы (24):
A2-General.cdr
n2.wmf
n3.mcd
n4.cdr
n5.wmf
n6.wmf
n7.mcd
n8.doc363kb.30.03.2010 21:12скачать
n9.cdr
n10.wmf
n11.cdr
n12.wmf
n13.doc232kb.14.03.2010 16:40скачать
n14.docx54kb.18.03.2010 10:33скачать
n15.doc34kb.30.03.2010 20:53скачать
n16.cdr
n17.wmf
n18.sch
n19.cdr
n20.docx324kb.27.03.2010 17:35скачать
n21.jpg213kb.28.03.2010 23:53скачать
n22.wmf
n23.docx14kb.23.03.2010 21:36скачать
n24.doc47kb.30.03.2010 20:32скачать

n8.doc

  1   2   3   4




Техническое задание:

Разработать силовую часть однофазного мостового преобразователя на номинальный ток 180А.



Рисунок 1 – исходная схема выпрямителя.
Данные к расчету преобразователя:

- Число фаз сети ……………………………………..m = 1;

- Частота сети …………………………………….f = 50Гц;

- Номинальное напряжение сети ……………... U1 = 220В;

- Номинальное выпрямленное напряжение……Ud = 60В;

- Номинальный выпрямленный ток ……………Id = 180А;

- Активно-индуктивная нагрузка при………………Ld = ;

- Число вентилей в плече ……………………………n = 2.

Введение

Силовая полупроводниковая техника за последние годы стала одной из важнейших отраслей электротехники, во многом определяющей перспективу ее развития.

Выпускаемые отечественной промышленностью полупроводниковые неуправляемые и управляемые вентили позволяют создавать компактные (переносные) или малогабаритные статические преобразователи тока, которые находят широкое применение в промышленности, транспорте, и т.п. Различные выпрямители используются для возбуждения электрических машин, для питания якорей двигателей в системах электропривода постоянного тока, электролизных установок в химической промышленности и цветной металлургии и для многих других потребителей народного хозяйства нашей необъятной страны.

Бурное развитие и расширяющееся применение полупроводниковых приборов требуют от электротехнического персонала, мастеров, техников специальных знаний по устройству, работе и правилам эксплуатации преобразовательных установок, и обеспечению необходимых и достаточных мер защиты конечного потребителя от поражения электрическим током.

В курсовом проекте будет рассмотрено проектирование управляемого выпрямителя на тиристорах. Учитывая исходные технические данные требуется также предусмотреть защиту от внешних и внутренних негативных факторов, т.е. обеспечить безопасность выпрямителя в целом,и его отдельных частей, а также защита пользователя от поражения током при выходе из строя преобразователя или его узлов.


Расчетная часть

Анализ технического задания. Выбор трансформатора.

Как видно из технического задания, требуется рассчитать выпрямитель солидной мощности. Определим максимальную мощность, потребляемую нагрузкой

,

где Ud – максимальное напряжение на нагрузке;

Id – ток нагрузки.

Определим полную мощность потребляемую от сети



где  – ориентировочное КПД всего устройства (в худшем случае).

Этот простой расчет показывает, что выбранный трансформатор должен быть не менее 15КВт, чтобы обеспечить требуемый ток в полном объеме. В результате длительных поисков подходящего трансформатора выбор был сделан в пользу мощных сварочных трансформаторов. При этом достигается необходимый ток, имеется солидный запас по мощности, который позволяет продлить длительность работы трансформатора. Трансформатор ТДМ-25У2/220.

Основные характеристики:

Сварочный ток…………………Iсв=100-300А,

Напряжение холостого хода………..Uхх=60В,

Напряжение питания……………….Uн=220В,

Номинальная мощность…………Р =15.4 КВт,

Масса………………………………………50кг.


Временные диаграммы работы



Рисунок 2 – Работа однофазного управляемого мостового выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку.


Схема выпрямителя, с активно-индуктивной нагрузкой, показана на рисунке 3, а временные диаграммы на рисунке 2 поясняют принцип ее работы. Преобразовательный трансформатор имеет индуктивность рассеивания LS, за счет которой выпрямленное напряжение U снижается на ℓ = 5% от напряжения идеального выпрямителя.



Рисунок 3 – Эквивалентная схема выпрямителя.


Рисунок 4 – Полная конечная принципиальная схема силовой части управляемого однофазного мостового выпрямителя с учетом всех реальных параметров входящих в него элементов.
Подбор тиристоров преобразователя

Определим среднее значение прямого тока через плечо выпрямителя:



Определим максимальное обратное напряжение на вентиле в плече (если один вентиль):



Эффективное значение прямого тока вентиля:

,где = 1,57 для мостовой схемы.



Действующие значения фазных ЭДС Е2 и тока I2:



По условию требуется соединить последовательно два тиристора в каждом плече. Учитывая это, был выбран тиристор ТЛ2-200, характеристики которого были найдены в справочнике, и приведены в таблице 1. Он обеспечивает огромный запас, по обратному напряжению, и более чем в 4 раза по току (если 2 в плече).

Таблица 1

Параметр

Значение

UDRM, URRM, В

400,1100

ITAVm, А

200

ITRMS, А (f=50 Гц)

314

ITSM, кА (t=25ºC)

4,5

(diT/dt)crit, А/мкс

100

Tjm, ºC

140

Tjmin, ºC

-50

UTM, В

<1,6

UT, В

<0,9

Rt, мОм

<0,9

IDRM, мА

<20

IL, мА

<1200

IH, мА

<300

UGT, В

<5

UGD, В

>0,25

IGT, мА

<0,28

tGT, мкс

<15

tGD, мкс

<5

(dUD/dt)crit, В/мкс

50-1000

Rthjc, ºC/Вт

<0,18

ITAVm, А, при Ta=40ºC, 6 м/с ,ОА-027


117

Rthch, ºC/Вт

0,05

Тиристоры типов ТЛ2-160,ТЛ2-200,ТЛ4-250 применяются в цепях постоянного и переменного тока частотой до 500Гц различных установок, например в регулируемых выпрямителях и др.
Расчет выпрямителя с учетом явления коммутации

Расчет качественных показателей выпрямителя

Вычислим угол коммутации выпрямителя :

γ = arcos(1-2·ω·Ls·I0/E2m.лин),

где E2m.лин – амплитуда межфазного напряжения у вентильных обмоток,

E2m.лин = E2m = E2 = 94,2 В – для однофазной мостовой схемы;

LS – индуктивность рассеивания.

Для определения LS воспользуемся уравнением:

U = U0xx – (RП +ω·LS)·I0 ,

где U0xx = U0 = 60 В;

RП = 0;

ℓ %= %,

Выразив LS, получим:

LS = ,

LS = =

Определяем угол коммутации γ

γ = = arccos(-0,1813) ≈1,753 или 0,0305 радиан.

Среднее значение выпрямленного напряжения определяем по формуле :

U0γ = U0(1-ℓ%/100) = 60·(1-5/100) = 57В
Вычисляем действующее значение тока вентильной обмотки трансформатора I по формуле :

I = ,

где = 199,8 А ;

= 0,988.

I = 199,8 ·0,988 = 197,4А.
Расчет элементов схемы выравнивания токов(напряжений) при групповом соединении вентилей.

Во многих случаях в преобразователях большой мощности приходится применять групповое соединение силовых полупроводниковых приборов. Последовательное и параллельное соединение также используется для повышения надежности преобразователей.



Рисунок 5 – Неравномерность распределения нагрузки при параллельном (а) и последовательном (б) соединении вентилей.
В разрабатываемом преобразователе применено последовательное соединение тиристоров. При последовательном соединении на приборах с меньшим обратным током падает большая часть напряжения. С целью выравнивания напряжения на приборах параллельно каждому включается шунтирующий резистор Rш, сопротивление которого считается по формуле

,

где n – число тиристоров; U – наибольшее допустимое напряжение прибора, В ; Um – наибольшее напряжение на ветви с n-приборами, В; IRm – наибольший обратный ток, А.



Мощность шунтирующих резисторов можно рассчитать по действующему значению напряжения на этом резисторе

.

Для выравнивания напряжения на последовательно включенных управляемых приборах в переходных режимах параллельно этим приборам включаются конденсаторы, емкость которых определяется по формуле

,

где n – число приборов ; ΔQrr – наибольшая разность зарядов восстановления последовательно включенных приборов, Кл ; U- наибольшее допустимое напряжение на приборе, В; Ek – наибольшее напряжение, прикладываемое к цепи последовательно включенных приборов, В.

1мкФ

Параллельно включенные конденсаторы, эффективно выравнивая напряжение на приборах в переходных режимах, вместе с тем увеличивают ток в открытом состоянии на интервале отпирания. Эти токи можно ограничить демпфирующими резисторами, включенными последовательно с конденсаторами. Сопротивления этих резисторов выбираются как можно меньше. Обычно выбирают порядка 10 Ом.

Для ограничения скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии, которая может вызвать самопроизвольное включение управляемого прибора, параллельно с демпфирующими резисторами включают диоды, которые должны иметь возможно меньшее время восстановления запирающих свойств в обратном направлении. Для этих целей удобнее всего применить диоды Шоттки.



Рисунок 6 – Схема включения RC-цепочек для ограничения перенапряжений.
Расчет перегрузочных характеристик.

В процессе эксплуатации полупроводниковых приборов в схемах преобразователей электрической энергии они могут подвергаться перегрузкам по току вследствие возникновения аварийных режимов. При этом полупроводниковый прибор, как правило, является наиболее уязвимым элементом цепи токовой перегрузки вследствие сравнительно низких значений максимально допустимой рабочей температуры.

Критериями оценки работоспособности п/п приборов при токовых перегрузках являются перегрузочные харакиеристики. В зависимости от вида перегрузок, которые должны выдерживать приборы при условии сохранения работоспособности, используются следующие параметры перегрузочной способности:

- рабочие перегрузочные характеристики;

- аварийные перегрузочные характеристики;

- ударный неповторяющийся ток;

- защитный показатель.

Рабочие перегрузочные характеристики испльзуются в случае, если при возникновении перегрузки диод должен выдерживать обратное напряжение, а тиристор, кроме того, не должен переключаться при отсутствии управляющего сигнала, т.е. при рабочих перегрузках не должна превышаться максимально допустимая температура перехода.

Аварийные перегрузочные характеристики применяются в случае возникновения аварийных режимов, при которых тиристор теряет управляющую способность вследствие превышения максимально допустимой температуры перехода, но не пробивается при приложении обратного напряжения.

Ударный неповторяющийся ток и защитный показатель – параметры, при превышении которых прибор выходит из строя вследствие прожога выпрямительного элемента. При использовании этих показателей нужно учитывать, что напряжение при их воздействии не прикладывается. Защитный показатель обычно рассчитывают исходя из значения ударного неповторяющегося тока, как

,

и применяют при защите преобразователя с помощью плавких предохранителей.
  1   2   3   4


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации