Трехфазный мостовой преобразователь (стр. 1 из 4)

Тольяттинский Государственный Университет

Электротехнический факультет

Кафедра «Промышленная электроника»

Пояснительная записка

к курсовому проекту

«Трёхфазный мостовой преобразователь»

Студент: Моторин С.К.

Группа: Э - 406

Преподаватель: Бар В.И.

Тольятти 2003

Содержание

Введение

1. Анализ состояния, перспектив проектирования и разработки статических преобразователей средней мощности

2. Разработка структурной и принципиальной схем преобразователя

3. Расчёт токов и напряжений.

4. Расчёт семейства внешних характеристик

5. Расчёт сглаживающего фильтра выпрямителя при активной нагрузке. Выбор емкостей. Расчет сглаживающего дросселя

6. Электромагнитный расчет трансформатора

7. Выбор и расчет устройств защиты от аварийных токов и перенапряжений

8. Описание работы схемы управления

Заключение

Литература

Введение

В настоящее время в промышленных устройствах очень часто возникает необходимость получения постоянного тока из переменного тока. Данную функцию выполняют выпрямители. Выпрямителем называют устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток.

Целью настоящей работы является расчёт трехфазного управляемого выпрямителя, преобразующего входное напряжение до необходимой выходной величины с заданным коэффициентом пульсаций и величиной выходного тока, за счёт использования трансформатора напряжения, соответствующей вентильной выпрямительной схемы, фильтра гармонических составляющих выходного напряжения и системы защиты от перегрузок и коротких замыканий.

1. Анализ состояния, перспектив проектирования и разработки статических преобразователей средней мощности

На сегодняшний день существуют различные выпрямительные схемы статических преобразователей мощности. Разделение в основном идет на однофазные и трехфазные выпрямители, а также на неуправляемые и управляемые.

Неуправляемые выпрямители строятся на основе полупроводниковых диодов. Данные устройства не позволяют регулировать мощность, выделяемую в нагрузке. Управляемые выпрямители в качестве вентилей используют тиристоры. Применение данных полупроводниковых приборов позволяет регулировать мощность, выделяемую в нагрузке.

Трехфазные выпрямители используются при средних и больших мощностях. Применение трехфазных выпрямителей позволяет создать равномерную нагрузку на все три фазы сети; уменьшить пульсации выпрямленного напряжения; уменьшить расчетную мощность трансформатора, а также повысить коэффициент мощности.

Схема трехфазного однополупериодного выпрямителя (схема Миткевича) изображена на рис. 1.1. Она обладает невысокими энергетическими характеристиками. Частота пульсаций выпрямленного напряжения в три раза больше частоты питающего напряжения; установленная мощность трансформатора должна быть на 35% больше мощности в нагрузке, что значительно увеличивает его габариты; стержни магнитопровода трансформатора подмагничиваются в процессе работы выпрямителя. Наибольшее распространение получила схема трехфазного двухполупериодного мостового выпрямителя, представленная на рис. 1.2 (схема Ларионова). Данная схема обладает лучшими энергетическими показателями: частота пульсаций выпрямленного напряжения в шесть раз больше частоты питающего напряжения, что значительно снижает массогабаритные и стоимостные показатели фильтрующих устройств; установленная мощность трансформатора всего на 5% больше мощности в нагрузке; отсутствует подмагничивание стержней магнитопровода

трансформатора.

В табл. 1.1 приведены сравнительные характеристики выпрямителей различных типов, где: q₀ - коэффициент пульсаций, Ia - среднее значение тока вентиля, Id - среднее значение выходного тока выпрямителя, U_обр - амплитуда обратного напряжения на вентилях, Ud - среднее значение выходного напряжения выпрямителя, S_T- расчётная мощность трансформатора, Pd - значение мощности на нагрузке, N – минимальное число вентилей, m – пульсность напряжения.

Таблица 1.1

Основные характеристики выпрямителей

Тип выпрямителя	m	N
Однофазный нулевой	2	2	0.67	0.50	3.14	1.34
Однофазный мостовой	2	4	0.67	0.50	1.57	1.11
Трёхфазный нулевой	3	3	0.25	0.33	2.09	1.34
Трёхфазный мостовой (схема Ларионова)	6	6	0.06	0.33	1.05	1.05
Двойной трёхфазный с уравнительным реактором	6	6	0.06	0.17	2.09	1.26

Таким образом, наибольшее применение нашла мостовая схема Ларионова, содержащая выпрямительный мост из шести вентилей.

2. Разработка структурной и принципиальной схем преобразователя

Основными элементами преобразователя являются трансформатор и вентили. Основное требование, предъявляемое к полупроводниковым преобразователям, в том числе и к выпрямителям - это надёжность, поэтому ввиду чувствительности приборов к перегрузкам, коротким замыканиям, перенапряжениям в схеме необходимо предусмотреть быстродействующие системы защиты. Необходимо выдерживать заданные параметры на выходе преобразователя. Для этого в схему включаются фильтры, датчики и системы сравнения выходных параметров преобразователей с заданными, и управления полупроводниковыми приборами. Согласно вышесказанному, составили структурную (рис. 2.1.) и принципиальную (рис. 2.2.) схемы полупроводникового выпрямителя.

3. Расчет токов и напряжений

3.1. Расчет токов и напряжений выпрямителя.

3.1.1 Выбрали минимальное значение угла управления a_мин=10º.

3.1.2Определили номинальное и максимальное значения угла управления:

a_ном=arccos(K₁·cos a_мин)=arccos(0,9·cos 10º)=27,585º (3.1)

a_макс=arccos(K₁·

)=arccos(0,9· )=36,317º (3.2)

где

0,9; (3.3)

1,1; (3.4)

где U_c=220 В – напряжение сети, из задания;

DU_с=22 В – колебание напряжения сети 10%, из задания.

3.1.4 Рассчитали среднее значение выпрямленного тока в относительных единицах:

0,409.(3.5)

3.1.5 Вычислили значение выпрямленного напряжения холостого хода (ЭДС выпрямителя):

58,462 В, (3.6)

где U_н=32 В – напряжение на нагрузке из задания;

DU_d – суммарное падение напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя и активном сопротивлении тиристора; предварительно приняли DU_d=6 В.

3.1.6 Определили амплитудное значение фазной ЭДС на вторичной обмотке трансформатора (соединение обмоток «звезда-звезда»):

35,346 В. (3.7)

3.1.7 Рассчитали индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора и угол коммутации:

0,018 Ом, (3.8)

где I_d=I_н=800 А – номинальное значение выпрямленного тока;

(3.9)

Повторили вычисления по пунктам 3.1.3 - 3.1.7 для значений

=0,8; 0,75; 0,7; 0,60; 0,55; 0,50. Все полученные результаты занесли в табл.3.1.

Таблица 3.1

Промежуточные результаты расчета выпрямителя

aном, °			, В	, В	xg, Ом	gном, °	Idкз,А	S, В×А
33,166	0,8	0,150	47,5	28,718	0,005	16,881	5350	38850
	0,75	0,236	50,667	30,633	0,009	24,560	3388	40970
	0,70	0,323	54,286	32,821	0,013	31,506	2479	43440
	0,65	0,409	58,462	35,346	0,018	37,979	1954	46420
	0,60	0,496	63,333	38,281	0,024	44,135	1613	49700
	0,55	0,583	69,091	41,772	0,030	50,078	1373	53710
	0,50	0,696	76	45,95	0,038	55,888	1196	58520

По результатам расчетов таблицы 3.1, сделали следующие выводы: для уменьшения тока короткого замыкания I_d.кз и уменьшения полной мощности трансформатора S, приняли значение выпрямленного напряжения в относительных единицах равным

=0,65. Дальнейший расчет ведется для выбранных параметров.