Электродинамический преобразователь энергии с тиристорной схемой питания (стр. 1 из 3)

Тольяттинский политехнический институт

Кафедра «Промышленная электроника»

Курсовая работа по МАРЭС

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ С ТИРИСТОРНОЙ СХЕМОЙ ПИТАНИЯ

вариант 1114

Студент: Глушенков М.С.

Группа: Э-305

Преподаватель: Кудинов А.К.

Тольятти 1998 г.

Содержание

1. Описание объекта исследования

2. Исходные данные

3. Задание для курсовой работы

4. Составление математической модели

5. Методика расчета искомых параметров и характеристик

6. Алгоритм программы и программа расчета

7. Результаты расчета и вывод

1. Описание объекта исследования

Объектом исследования является электродинамический преобразователь энергии с тиристорной схемой питания, который может применяться в вибростендах, при виброакустическом просвечивании земной коры, в медицине и других отраслях техники.

1.1 Электродинамический преобразователь

Схематично электродинамический преобразователь изображен на рис.1. Он состоит из магнитопровода 1 с обмоткой подмагничивания 2 цилиндрической формы. В кольцевом воздушном зазоре магнитопровода помещается подвижная обмотка якоря 3, имеющая два вывода 4 для подключения к схеме питания. Обмотка подмагничивания 2 запитывается постоянным потоком и может быть заменена постоянным магнитом. Постоянный поток Ф₀, созданный этой обмоткой пронизывает воздушный зазор и помещенную в него обмотку якоря 3. Обмотка якоря 3 жестко связана с нагрузкой, состоящей в общем случае из массы m₁ , пружины жесткостью x и элемента вязкого трения с коэффициентом n

1.2 Схема питания преобразователя

Тиристорная схема питания преобразователя представлена на рис.2. Она состоит из источника питающего напряжения Е и двух тиристорных мостов – коммутирующего (на тиристорах VS1…VS4) и реверсивного (на тиристорах VS5…VS8). Задача схемы заключается в формировании в обмотке якоря преобразователя переменного тока заданной частоты. Частота может быть как фиксированной, так и изменяться по заданному закону. Коммутирующий мост обеспечивает формирование в заданные моменты времени фронтов и спадов импульсов тока, а реверсивный - чередующееся изменение направления импульсов тока в нагрузке.

Схема работает следующим образом.

В момент времени t₁ подаются отпирающие импульсы на управляющие выводы тиристоров VS1, VS4, VS5, VS8. Ток источника протекает по контуру Е-VS1-C-VS4-VS5-H-VS8. (Здесь Н – нагрузка). При этом формируется фронт импульса тока нагрузки (рис.3). В момент t₂ включается тиристор VS3, при этом VS4 выключается, т.к. к нему прикладывается напряжение конденсатора С в обратном направлении. Начиная с этого момента ток протекает по контуру Е-VS1-VS3-VS5-H-VS8. При этом формируется плоская часть импульса тока нагрузки (рис.3). В момент времени t₃ включается тиристор VS2, при этом VS1 выключается, т.к. к нему во встречном направлении прикладывается напряжение конденсатора С. Начиная с этого момента ток замыкается по контуру Е-VS2-C-VS3-VS5-H-VS8 и формируется спад импульса тока нагрузки. В момент времени t₅ ток становится равным нулю и тиристоры VS2, VS3, VS5, VS8 естественным образом выключаются. На этом заканчивается формирование положительной полуволны импульса тока. В момент времени t₆ вновь подаются отпирающие импульсы на тиристоры VS1, VS4 коммутирующего моста и другую пару тиристоров VS6, VS7 реверсивного моста. Последовательность включения тиристоров коммутирующего моста остается прежней и в нагрузке формируется аналогичный первому импульс тока, имеющий противоположное направление. Важно иметь в виду, что временные интервалы t₃…t₄ и t_5…t₆ не могут быть меньше определенной величины, определяемой свойствами тиристоров. Алгоритм управления тиристорами и пояснение работы схемы представлено на рис 3.

Алгоритм управления тиристорами.

Рис 3

2. Исходные данные

2.1 Общие для всех заданий исходные данные

Индукция магнитного поля в зазоре ................... В₀=0,93Тл

Средний диаметр обмотки якоря.......................... D=0,3 м

Число витков обмотки якоря................................. W=56

Активное сопротивление обмотки якоря.............. R_a=0,05Ом

Емкость конденсатора коммутирующего моста.. С=53,5мкФ

Пороговое напряжение тиристоров...................... U_пор=1,41В

Динамическое сопротивление тиристоров .......... R_дин=0,98мОм

Время выключения тиристоров............................ t_выкл=50мкс

Минимальная частота опорного сигнала............. f_мин=40Гц

Жесткость пружины нагрузки............................... x=4,35×10⁷Н/м

Коэффициент вязкого трения нагрузки ............... n=236000Н×с/м

2.2 Индивидуальное задание (вариант 1114)

ЭДС источника питания........................................ Е=10В

Индуктивность обмотки якоря.............................. L_a=1,3мГн

Масса нагрузки...................................................... m₁=56,75кг

3. Задание для курсовой работы

а) Определить минимальные значения интервалов 0…t₁, 0…t₂,при которых обеспечивается заданное время выключения тиристоров.

б) При найденных значениях t₁ и t₂ определить:

Т_пп-время переходного процесса при включении схемы;

f_макс-максимальную частоту работы схемы;

P_(f=fmin), P_(f=fmax)-активные мощности, потребляемые от источника питания Е на частоте f_min и f_max;

I_Н(f=fmin), I_Н(f=fmax)-действующие значения тока нагрузки на частоте f_min и f_max.

в) На одном рисунке построить графики зависимостей i(t), u_a(t), v(t), x(t) при установившемся режиме и частоте f=f_max/2.

г) Дополнительное задание:

Исследование аварийных режимов

Промоделировать работу схемы в случае короткого замыкания нагрузки. Изобразить на графике временные диаграммы i(t),u_с(t)

Оценить и описать изменения в работе схемы при плавном уменьшении емкости С.

4. Составление математической модели

Тиристоры во включенном состоянии можно моделировать цепью из последовательно включенных источника напряжения U_пор и сопротивления R_дин

В выключенном состоянии тиристор можно моделировать большим сопротивлением или разрывом.

При составлении уравнений электрической части в качестве уравнения обмотки якоря вибратора следует использовать выражение:

Математическая модель:

а) промежуток t_1…t₂:

:

б) промежуток t₂…t₃:

в) промежуток t₃…t₅(условие переключения I_L=0)

г) промежуток t₅…t₆(I_L=0;U_c=const):

Для отрицательной полуволны знаки указаны в скобках

5. Методика расчета искомых параметров и характеристик

Для решения систем дифференциальных уравнений математической модели применяли формулы численного интегрирования Рунге-Кутта четвертого порядка, которые имеют вид:

X_i+1=X_i+(K1+2K2+2K3+K4)/6,

Где:

К1=h×f[t_i,X_i];

K2=h×f[t_i+h/2, X_i+K1/2];

K3=h×f[t_i+h/2, X_i+K2/2];

K4=h×f[t_i+h, X_i+K3];

h-шаг интегрирования.

а) составляем программу, которая рассчитывает параметры I_L, U_c, X, V на каждом шаге интегрирования. Задаем значения t₁ и t₂ при которых обеспечивается заданное время выключения тиристоров 50мкс (t₃…t₄; t₅…t₆).

б) при найденный значениях t₁ и t₂ определили:

время переходного процесса как время от начала включения схемы до установившихся значений параметров;

действующие значения тока нагрузки на частоте f_min и f_max находим по формуле прямоугольников, которая при достаточно малом шаге интегрирования дает требуемую точность вычислений

активные мощности, потребляемые от источника питания Е на частоте f_min и f_max, по формуле Р=Е×I_д

6.Алгоритм программы и программа расчета

6.1 Алгоритм программы приведен на рисунке 3