Расчет управляемого преобразователя, предназначенного для плавного регулирования напряжения на тяговом двигателе (стр. 3 из 3)

Расчет ведем для заданного значения К_п и I_d = I_d_н

где f = 50 Гц – частота питающего напряжения;

К_п = 0,25 – коэффициент пульсации тока

Получаем:

6. Силовая схема и временные диаграммы

7. Система управления выпрямителем

7.1 Построение структурной схемы управления и временных диаграмм

Управляющие импульсы, подаваемые на тиристоры, вырабатываются системой управления выпрямителем. Функциональная схема одного из вариантов выполнения системы и временные диаграммы, иллюстрирующие её работу, приведены на рисунке 8.

Генератор пилообразного напряжения ГПН, формирует линейно изменяющееся напряжение, которое подается на один из входов компаратора К. На второй вход поступает управляющее напряжение U_упр, косвенно задающее величину угла управления. В момент, когда линейно возрастающее напряжение U_ГПН сравнивается с U_упр, на выходе компаратора появляется импульс напряжения u_к, поступающий на вход формирователя Ф. На выходе формирователя в каждый полупериод образуются импульсы U_Ф по переднему фронту компаратора. Величина угла a, при этом, определяется величиной напряжения U_упр. Этот импульс должен проходить в один полупериод на тиристор VS1, а в другой – на тиристор VS2. Для разделения импульсов формирователя U_Ф по полупериодам в системе используются два однополупериодных выпрямителя ОПВ1 и ОПВ2, и логические элементы И. Высокий уровень напряжения на выходе элемента И будет тогда, когда на обоих его входах также будет напряжение высокого уровня. Из диаграмм на рисунке 8 следует, что импульс управляющего напряжения, например, U_у1 формируется только в первом полупериоде, когда на логический элемент И1 одновременно подаются напряжения U_ОПВ и U_Ф. Аналогично формируется управляющий импульс U_у2 во втором полупериоде. Далее импульсы усиливаются выходными усилителями ВУ1 и ВУ2 и через импульсные трансформаторы ИТ1 и ИТ2 подаются на управляющие электроды тиристоров. Трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку цепей управления и высоковольтных цепей. Число вторичных полуобмоток трансформатора ИТ должно соответствовать количеству последовательно включённых тиристоров в одном плече моста.

7.2 Расчёт параметров выходного усилителя

Ток одной вторичной обмотки трансформатора найдем по формуле:

где n– число параллельно включенных ветвей вентилей;

I_УПРСТ – отпирающий постоянный ток управления, I_УПРСТ = 0,4 А

Суммарный ток вторичных обмоток трансформатора определим по формуле:

где m– число последовательно включённых тиристоров

Ток транзистора усилителя выбираем по максимальному напряжению между эмиттером и коллектором U_{КЭ макс}и импульсному току коллектора I_{КИ макс}.

где К_Т – коэффициент трансформации импульсного трансформатора

Принимаем К_Т = 4

По рекомендации [2] выбираем транзистор КТ815Г со следующими параметрами:

Максимальное напряжение коллектор – эмиттер: U_{КЭ макс}= 80 В;

Импульсный ток коллектора: I_{КИ макс}= 3 А;

Коэффициент усиления: h_21э =70;

Обратный ток коллектора: I_ко = 0,06 мкА.

Во время разряда конденсатора ток I_К определяет сопротивление R₁ усилителя и определяется по формуле:

Через этот же резистор осуществляется разрядка конденсатора. Максимальное значение зарядного тока определим как:

Определим сопротивление резистора R₁:

где Е_k– напряжение питания выходного усилителя, E_k = 60 В

Определим полуволну разрядного тока:

Определим емкость конденсатора:

где Т_о – период собственных колебаний контура LC

где t_ВКЛ – наибольшее время включения, t_ВКЛ = 25 мкс

Определим индуктивность первичной обмотки трансформатора:

где w₀ – собственная частота колебательного контура, 1 / c

Получаем:

мкГн

Определим ток базы:

Принимаем:

h_21э =70;

Получаем:

Согласно [1] отпирающее постоянное напряжение имеет величину 5,5 В, поэтому для открытия транзистора сопротивление

определим:

где U_{КЭ нас} – Напряжение насыщения коллектор-эмиттер, U_{КЭ нас} = 0,2 В

Получаем:

Ом

Входное запирающее напряжение определим по формуле:

где U_{ЭБ З} – отрицательный потенциал, В;

Согласно [1] U_{ЭБ З} = 0,2 В

Получаем:

Заключение

Данный курсовой проект содержит общие сведения для расчета преобразовательных устройств и анализа происходящих в них электромагнитных процессов. Все это послужит базой для проектирования выпрямительно-инверторных преобразователей электроподвижного состава.

Общеизвестными недостатками полупроводниковых приборов являются малая перегрузочная способность и высокая чувствительность к перенапряжениям. Однако из данного курсового проекта следует, что правильный выбор числа необходимых вентилей с учётом возможных перегрузок и перенапряжений позволяет получить преобразователи, существенно превосходящие преобразователи на электровакуумных и газоразрядных вентилях.