Расчет силовой части выпрямителя
Силовую часть выполняем по мостовой несимметричной схеме с тремя тиристорами и нулевым вентилем (рисунок 1). Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя устанавливается Г-образный LC-фильтр, применение которого обеспечивает жесткую внешнюю характеристику выпрямителя, а также благоприятный режим работы вентилей и трансформатора.
Рис. 1.
Временные диаграммы выпрямленного напряжения, токов в вентилях и в фазе вторичной обмотки трансформатора при работе выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку и углах регулирования , , приведены на рисунке 2 а, б и в соответственно. При построении диаграмм предполагалось, что трансформатор и вентили – идеальные, а индуктивность дросселя фильтра . Тиристоры VS1-VS3 образуют катодную группу вентилей, диоды VD1-VD3 – анодную.В каждый момент времени ток проводят два вентиля: из катодной группы тот тиристор, на который подан сигнал управления и у которого в данный момент времени на аноде наиболее высокое положительное напряжение относительно катода, из анодной группы пропускает тот диод, у которого на катоде относительно анода наибольшее отрицательное напряжение. Коммутация диодов происходит в точках естественной коммутации. Напрямер, когда проводят VS1 и VD2, к нагрузке прикладывается линейное напряжение . В т. 1 VD2 закрывается и в работу вступает VD3, т.к. на его катоде наиболее низкий потенциал, при этом к нагрузке прикладывается напряжение . При открытии VS2 VS1 закрывается. Выпрямленное напряжение имеет троекратные пульсации за период. Уравнение нагрузочной характеристики имеет вид:
Рассмотрим режим работы . В отличие от симметричной схемы, в нашей схеме не появляются отрицательные участки выпрямленного напряжения . При прохождении отрицательной полуволны, например, тиристор VS1 будет оставаться открытым и проводить ток вместе с диодом VD1 той же фазы. В результате на интервале нагрузка будет зашунтирована открытыми VS1 и VD1, который выполняет функцию нулевого вентиля. С целью уменьшения нагрузки на основные вентили и снижения потребляемой мощности на интервале, включается диод VD0, который шунтирует нагрузку на интервале . Другое назначение VD0 заключается в том, что хотя очень часто защиту УВ при перегрузке по току и к.з. в нагрузке осуществляют посредством снятия импульсов управления с тиристоров в момент перегрузки, однако в рассматриваемой схеме при RL-нагрузке при снятии сигнала управления с тиристоров и отсутствии VD0 не все тиристоры закрываются, тот тиристор, который проводил ток до снятия сигнала управления, продолжает его проводить. В результате , несмотря на то, что импульсы управления не поступают. Для обеспечения запирания всех тиристоров включается VD0.
Рис. 2а. . Рис. 2б.
Рис. 2в. .
Определим коэффициенты изменения питающего напряжения
Определим (ориентировочно) активное сопротивление и индуктивность рассеяния фазы трансформатора, приведенные ко вторичной обмотке:
В нашем случае при соединении обмоток звезда-звезда, Kr=2,5, KL=10-3, S=3 и Bm=1 Тл при fc=400 Гц. В качестве материала сердечника выбираем сталь Э330 толщиной 0,15мм, для которой ориентировочно принимаем Bm=1Тл. Определим падение напряжения на активном сопротивлении трансформатора при минимальном и максимальном токах нагрузки:
Определим потери выпрямленного напряжения, обусловленные коммутацией, при минимальном и максимальном токе нагрузки:
Определим (ориентировочно) падение напряжения на активном сопротивлении дросселя фильтра при максимальном и минимальном значении тока нагрузки:
Максимальное среднее значение выпрямленного напряжения на входе фильтра (с учетом потерь на элементах):
- предварительное падение напряжения на тиристоре и диоде соответственно (при выборе элементов значения будут уточняться). Минимальное фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора при минимальном напряжении сети:
Номинальное и максимальное фазное напряжение вторичной обмотки:
Минимальное среднее значение напряжения на входе фильтра:
Максимальный угол регулирования:
Среднее значение напряжения на входе фильтра и угол регулирования в режиме, соответствующем максимальной токовой нагрузке нулевого вентиля:
Средний ток тиристоров и диодов выпрямителя в режиме максимальной токовой нагрузки: при
при и наличии нулевого вентиля:
Действующее значение тока тиристоров и диодов в режиме максимальной нагрузки (при ):
Среднее и действующее значение тока нулевого вентиля в режиме :
Обратное напряжение на вентилях выпрямителя:
На основании данных расчета из справочника выбираем: а) оптронные тиристоры типа ТО142-80 шестого класса с параметрами: допустимое повторяющееся напряжение , рекомендуемое рабочее напряжение , предельный ток , пороговое напряжение , динамическое сопротивление в открытом состоянии , импульсный отпирающий ток управления , импульсное отпирающее напряжение управления = 2,5 В, неотпирающий ток управления . б) диоды Д112-16 третьего класса с параметрами: повторяющееся импульсное напряжение , предельный ток , пороговое напряжение , динамическое сопротивление , диапазон рабочих температур (-50…+150°С). Мощность статических потерь в тиристоре:
Мощность статических потерь в диоде:
Мощность статических потерь в нулевом вентиле:
Требуемая площадь теплоотводящего радиатора для тиристора:
где - коэффициент теплоотдачи, зависящий от конструкции материала и степени чернения теплоотвода; для черненного ребристого алюминиевого теплоотвода . - максимальная рабочая температура перехода, которая для надежности выбирается на 10…20°С меньше . - тепловое сопротивление между корпусом и теплоотводом, в нашем случае выбираем . Для уменьшения теплового контактного сопротивления поверхности корпуса вентиля и радиатора в местах контакта смазываем теплопроводящей пастой КПТ-8. Требуемая площадь радиатора для диода:
Требуемая площадь радиатора для нулевого вентиля:
Уточняем величины прямого падения напряжения на тиристоре и диоде:
Производим расчет сглаживающего фильтра. Коэффициент пульсаций по основной гармонике на входе фильтра максимален при , из графика на рис. 2.2 [1], находим . Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке (по основной гармонике):
Требуемый коэффициент сглаживания фильтра:
Определяем произведение LC, полагая, что коэффициент передачи постоянной составляющей фильтра :
, - число пульсаций за период. Определяем индуктивность дросселя из условия получения индуктивной реакции фильтра в заданном диапазоне изменения тока нагрузки:
Определим амплитуду пульсаций по первой гармонике:
Действующее значение:
С учетом полученного значения L, максимального тока нагрузки, амплитуды пульсаций, делаем вывод, что стандартных дросселей, удовлетворяющих таким параметрам не существует, поэтому производим расчет дросселя фильтра с помощью данных из [3]. Для обеспечения лучшего сглаживания, рассчитаем дроссель с индуктивностью 10 мГн. Выбираем Ш-образный сердечник из стали 3411(Э310). В=1,3 Тл, плотность тока j=5А/мм2;
КО=0,35, КС=0,95. Выбираем магнитопровод ШЛ40х80 (ScKc=30см2, So=40см2). Определим количество витков:
Сечение провода:
.
Определяем немагнитный зазор:
Определим результирующую индуктивность:
Вычислим сопротивление дпосселя:
Расчетное значение емкости фильтра:
Рабочее напряжение конденсатора:
Выбираем конденсатор с органическим диэлектриком К73-17-400В-0,47 мкф с параметрами: пределы отклонения от номинального значения , допустимая амплитуда пульсаций на частоте 50 Гц и температуре 70°С составляет , в диапазоне частот от 50 Гц до 50 кГц допустимая амплитуда переменной составляющей рассчитывается по формуле:
,
Где K, n – коэффициенты, зависящие соответственно от частоты пульсаций и тампературы окружающей среды. При температуре 60°С согласно ТУ, n=0,9; при частоте пульсаций , коэффициент К=0,093. Найдем полученный коэффициент пульсаций:
,
что удовлетворяет требованиям технического задания. Уточняем минимальное, номинальное и максимальное напряжения фазы вторичной обмотки:
Действующее значение тока в фазе вторичной обмотки трансформатора в режиме максимальной токовой отдачи ( ).
При :
.
Расчетная мощность вторичных обмоток трансформатора:
Расчетное значение тока первичной обмотки (без учета тока х.х. трансформатора):
- коэффициент трансформации.
Рассчитаем мощность первичных обмоток:
Типовая мощность трансформатора:
Расчет трансформатора производим по методике, описанной в [3], исходя из следующих начальных данных:
1.
2. Выбираем ленточный магнитопровод стали Э330 толщиной 0,15мм. 3. Из графиков на рис. 17 выбираем величины: , В=1Тл, , по таблице 1.6, 1.7 определяем Км=0,41, Кс=0,9. Из выражения (1.1) определяем:
Из 1.3 определяем граничные значения а, см:
4. По таблице выбираем магнитопровод ЕЛ 32х64, размеры которого: a=32мм, h=64мм, c=64мм, b=40мм, H=128мм, L=224мм Активная площадь сечения Qса=11.5см2, средняя длина магнитной линии lCT=44.8см, величина QcQo=262см4, активный объем Vса=715см3, масса магнитопровода Gст=5450г. 5. Из графиков на рис. 1.8, 1.9 определяем удельные потери , удельная намагничивающая мощность . По формуле (1.4) определяем потери в стали:
.
6. Из выражений (1.5) – (1.7) определяем ток х.х. и его составляющие:
Определим ток первичной обмотки, полагая :
Из (1.9) определяем абсолютное значение тока х.х.:
7. Из (1.12) Определяем поперечные сечения проводов обмоток:
Из таблицы 2.1 выбираем провод марки ПЭВ-1:
, , , ; , , , .
Действительная плотность тока в обмотках:
Средняя плотность токов в обмотках:
8. Из (1.13) определяем числа витков в обмотках:
9. Конструктивный расчет обмоток: Из (1.15): Из (1.16) число витков в каждом слое:
Из (1.17) определяем число рядов обмоток:
, .
Из (1.19) определяем радиальные размеры обмоток:
Радиальный размер двух обмоток из (1.20):
Из (1.21) свободный промежуток в окне магнитопровода:
10. Определяем потери в проводах обмоток:
11. Из (1.28) определяем КПД трансформатора:
11. Из (1.29) - (1.31) определяем :
Определим коэффициент мощности схемы при минимальном и максимальном углах регулирования: При :
При :
.
Популярное: Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (212)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |