Расчет однофазных идеальных выпрямителей на активную нагрузку

Екибастузский инженерно-технический институт

имени академика К.И. Сатпаева

 

Кафедра:

Электроэнергетика

 

 

«УТВЕРЖДАЮ»

проректор по учебной работе,

к.ф.-м.н., профессор

__________ Джандигулов А.Р.

«___»_____________200__ г.

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим работам

 

по дисциплине: Силовые преобразовательные устройства

 

Специальность:

050718 – Электроэнергетика

Форма обучения:

очная

 

Всего кредитов:
Курс:
Семестр:
Лекции		часов
Практические		часов
Лабораторные
СРСП		часов
СРС		часов
Трудоемкость		часов
Экзамен		семестр

 

 

Екибастуз – 2008 г.

Рабочая программа составлена на основании рабочей учебной программы специальности 050718 – «Электроэнергетика»

 

 

Рабочую программу составил

Старший преподаватель

Бексултанов А.Д.

^{(должность, звание) (подпись) (Фамилия И.О.)}

 

Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры

«Электроэнергетика»

Протокол №_1_ «_18_» ___09_______ 2008_ г.

 

Заведующий кафедрой: Доцент

Полищук В.И.

 

Одобрена учебно-методическим советом инженерного факультета

Протокол №_ от______ 200_ г.

 

Председатель: к.т.н., профессор

Саржанов К.Б.

Одобрена учебным отделом

Начальник

Бирюкова Л.Ф.

 

Офис: ул. Энергетиков, 54, ауд.№ 103

 

Тел: 8 (7187) 33 - 05 – 53 (вн. 109)

 

 

Е- mail: [email protected]

[email protected]

 

 

Содержание

Практическая работа №1. Расчет однофазных идеальных выпрямителей на активную нагрузку
Практическая работа №2. Расчет однофазных выпрямителей (собранных по нулевой схеме)
Практическая работа №3. Задачи по работе выпрямителей на активно-индуктивную нагрузку
Практическая работа №4. Расчет трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя на активную нагрузку
Практическая работа №5. Рассчитать управляемый выпрямитель
Практическая работа №6 Расчет трехфазного управляемого выпрямителя с нулевой точкой и нулевым диодом
Практическая работа №7 Трехфазный симметричный управляемый мост
Практическая работа №8 Расчет однофазного выпрямителя работающего на встречную ЭДС (противо-ЭДС)
Практическая работа №9 Однофазный инвертор, ведомый сетью
Практическая работа №10 Рассчитать трехфазного мостового выпрямителя, работающего на активную нагрузку с емкостным фильтром
Практическая работа № 11 Рассчитать параметры сглаживающего Г-образного LC-фильтра, установленного на выходе трехфазного выпрямителя с нулевой точкой
Практическая работа № 12 Расчитать трехфазный мостовой выпрямитель

 

Практическая работа № 1

Расчет однофазных идеальных выпрямителей на активную нагрузку

Задание: Рассчитать однофазный мостовой выпрямитель, работающий на активную нагрузку по следующим исходным данным и нарисовать временные диаграммы основных токов и напряжений.

Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора В.

Сопротивление нагрузке Ом.

Потери в выпрямителе отсутствуют.

Методика решения задачи

Формализуем исходные данные.

Дано:

Схема – однофазная мостовая.

Элементы схемы – идеальны.

В,

Ом.

, , , , , , , , , , , , , - ?

Временные диаграммы основных токов и напряжений - ?

 

1. Рассчитать выпрямитель - это значит найти все перечисленные величины, которые обозначают соответственно:

, - среднее значение выпрямленного напряжения и тока;

- мощность выпрямленного тока;

- коэффициент трансформации;

, - действующие значения токов первичной и вторичной обмоток;

, , - габаритная (типовая) мощность соответственно первичной, вторичной обмоток и трансформатора в целом;

, , - ток вентиля (диода, тиристора) - соответственно среднее значение, действующее значение и максимальное.

- обратное максимальное напряжение, прикладываемое к вентилю.

- потери мощности на вентиле.

2. Прежде чем перейти к решению задачи, заметим, что не все указанные величины можно найти, потому что не задано напряжение на первичной обмотке. В связи с этим возможны два варианта решения задачи:

- доопределить задачу, задавая, например, В, 50 Гц;

- исключить из определенных величин те, которые определить невозможно (в нашем случае это , ).

Выбираем первый вариант, т.е. доопределяем задачу.

3. По словесному описанию идентифицируем схему, если она не приведена в исходных данных, и обозначим все токи и напряжения так, как представлено на рис. 1.

 

 

Рис. 1

4. Дальнейшее решение задачи возможно двумя способами:

4.1. Табличным, воспользовавшись для этого таблицей "Расчетные соотношения для выпрямительных схем" (см. приложение 1).

4.2. Аналитическим, воспользовавшись выведенными в теории выражениями.

Выберем табличный способ решения.

5. В таблице находим схему однофазную мостовую (схема Греца), работающую на активную нагрузку, для идеального (без потерь) выпрямителя и далее находим необходимые величины.

6. Выпрямленное напряжение из соотношения

Þ В.

7. Выпрямленный ток (среднее значение)

А.

8. Мощность выпрямленного тока

Вт.

9. Коэффициент трансформации

.

10. Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора найдем из табличного соотношения

Þ А.

11. Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора из таблицы

Þ А.

12. Габаритные мощности первичной и вторичной обмоток трансформатора для мостовой схемы

Þ

ВА.

Рассчитанных данных достаточно, чтобы выбрать подходящий трансформатор по каталогу или составить техническое задание на его проектирование.

13. Для выбора диодов выпрямителя рассчитаем максимальное обратное напряжение, которое прикладывается к выключенному диоду

Þ В.

Допустимое обратное напряжение, которое должен выдержать диод, выбирается с некоторым запасом:

,

где - некоторый коэффициент запаса по напряжению, причем меньшее значение берется для более надежного преобразователя.

14. Среднее значение тока диода:

Þ А.

15. Действующее значение тока вентиля (диода):

Þ А.

16. Максимальное значение тока вентиля:

Þ А.

17. Потери мощности в одном диоде:

,

где , - параметры аппроксимированной ВАХ, соответственно остаточное падение напряжения (при нулевом токе) и динамическое сопротивление диода в рабочей точке. В данном случае диоды идеальны - =0; =0.

18. Далее из той же таблицы берем другие параметры выпрямителя, которые понадобятся нам, например, при выборе фильтра.

Число пульсаций напряжения на периоде сети .

Частота первой гармоники Гц.

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения по первой гармонике

.

Временные диаграммы основных токов и напряжений, к которым относятся , , , , , , , представлены на рис. 3.9.

 

Рис. 3.9

 

Их построение должно вестись в следующей последовательности:

 

18.1. Нам известно, что действующее значение напряжения на вторичной обмотке 200 В. При этом мы дополнили задачу и конкретизировали, что первичное напряжение – напряжение промышленной сети 220В, 50 Гц. Форма напряжения сети синусоидальная. С него и начнем наши построения, задавшись масштабом по оси ординат и абсцисс. Для удобства построения полупериод синусоиды делим на 6 равных частей (30 электрических градусов).

 

18.2. На первом полупериоде, когда напряжение положительно, проводят ток вентилей В1 и В4. Так как нагрузка активная, то форма тока будет повторять форму напряжения (синусоида) с амплитудой А. Аналогично для вентилей В2 и В3 на втором полупериоде.

 

18.3. Мгновенное значение выпрямленного тока нагрузки будет равно сумме токов вентилей и . Среднее значение выпрямленного тока равно 18 А (прямая линия).

 

18.4. Ток вторичной обмотки трансформатора численно будет равен току вентилей, но на первом полупериоде он будет положительный, а на втором – отрицательный.

 

18.5. Мгновенное значение выпрямленного напряжения численно равно напряжению вторичной обмотки, но оно будет однополярное. Среднее значение выпрямленного напряжения будет постоянным и численно равно 180 В.

 

18.6. Напряжение, которое прикладывается к вентилям В1, В4, на первом полупериоде равно нулю (вентили В1, В4 включены), на втором полупериоде равно напряжению вторичной обмотки и приложено к вентилям В1, В4 в обратном (выключающем) направлении, так как на втором полупериоде включены вентили В2 и В3. Напряжение на В2 и В3 будет иметь такую же форму, но будет сдвинуто на один полупериод.

 

Задание на СРСП

 

 

Параметры	варианты
, В
, Ом	0,5	1,0	3,0	6,0				3,0
, В
, Ом			2,0	4,0	0,6	0,9	1,5

 

Практическая работа № 2

Расчет однофазных выпрямителей (собранных по нулевой схеме)

 

Рассчитать и сравнить однофазный выпрямитель со средней точкой и однофазный однополупериодный выпрямитель, работающие на активную нагрузку без фильтра, если выпрямленное напряжение на нагрузке равно 180 В, мощность постоянного тока в нагрузке равно 3240 Вт, напряжение питающей сети 220 В, частота сети 50 Гц.

 

1. Формулируем исходные данные:

Дано:

Схема – однофазная со средней точкой (нулевая) и однофазная однополупериодная.

Вт;

В;

В;

Гц.

^__

Определить , , , , , , , , , , , ,

, .

2. Схемы выпрямителей представлены на рис. 1.

 

 

б)

 

а)

Рис.1

3. Определяем выпрямленный ток (среднее значение) из равенства

Þ

А.

4. Определяем сопротивление нагрузки

Ом.

5. Замечаем, что по выходным параметрам , , , рассчитываемые выпрямители полностью идентичны мостовому, рассмотренному в практической работе №1, что позволит корректно сравнить все выпрямители между собой.

6. Расчет выпрямителей проведем также табличным способом, выбирая из таблицы приложения 4.2 нужную схему, нагрузку и строку - идеальный выпрямитель (коэффициенты в скобках).

7. Для однофазного нулевого выпрямителя (со средней точкой):

Þ В.

Þ А.

Þ А.

.

Þ А.

Þ ВА.

Þ ВА.

Þ ВА.

Þ В.

Þ А.

Þ А.

Þ А.

8. Для однофазного однополупериодного выпрямителя:

Þ В.

Þ А.

Þ А.

.

Þ А.

Þ ВА.

Þ ВА.

ВА.

Þ В.

Þ А.

Þ А.

Þ А.

9. Сравнение произведем таблично.

 

Из таблицы видно, что при одной и той же мощности в нагрузке требуемая мощность трансформатора в мостовой схеме минимальна 3986 ВА, а в однополупериодной схеме выпрямителя мощность – 10012 ВА. Число вентилей в мостовой схеме – 4, в нулевой – 2, в однополупериодной – 1. Обратное напряжение, прикладываемое к вентилю, в мостовой 283 В, а в нулевой и однополупериодной – 565 В. Максимальный ток вентиля в мостовой и нулевой – 28,3 А, а в однополупериодной – 56,5 А.

 

 

Выпрямитель Параметр	Мостовой	Со средней точкой	Однополупериодный
[B]
[А]
[Bт]
[B]
[А]	20,0	14,1	28,3
	1,1	1,1	0,55
[А]	-
[А]	18,2	18,2	39,6
[ВА]
[ВА]
[ВА]
[В]
[А]	14,1	14,1	28,3
[А]	28,3	28,3	56,5
[А]

 

Параметры	варианты
Pd, Вт
U1, В
, В
Pd, Вт
U1, В
, В