Энергетическая электроника

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Задача 1

Рассчитать параметры преобразовательного трансформатора и вентильного комплекта неуправляемого выпрямителя (НВ). По рассчитанным параметрам выбрать тип вентиля. Изобразить схему выпрямителя и временные диаграммы токов и напряжений, считая, что выпрямленный ток идеально сглажен. При расчете НВ по исходным данным принимать величину напряжения опыта короткого замыкания равной 7 % и пренебрегать активными сопротивлениями в цепях выпрямителя.

Исходные данные: В, А, В, %, схема однофазная мостовая.

Определить: , , , , , , , , .

Изобразить: , , , , , .

Решение

Схема выпрямителя представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема однофазного мостового випрямителя

Так как выпрямитель неуправляемый, то угол управления . Уравнение внешней характеристики выпрямителя в относительных единицах имеет вид:

(1)

Для трехфазной нулевой схемы . Тогда из (1) находим

.

Находим среднее выпрямленное напряжение НВ при холостом ходе:

В.

Номинальное действующее фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора для однофазной мостовой схемы выпрямителя равно

В.

Действующий ток вторичной обмотки выпрямительного трансформатора

А.

Коэффициент трансформации преобразовательного трансформатора

.

Действующий фазный ток первичной обмотки трансформатора

.

Расчетные мощности первичной и вторичной обмоток трансформатора соответственно определяются выражениями:

Вт,

Вт.

Типовая мощность трансформатора

Вт.

Коэффициент использования трансформатора

.

Угол коммутации тока в выпрямителе определяется выражением

, (2)

где Ом - индуктивное сопротивление обмоток трансформатора. Для НВ уравнение (2) примет вид:

,

.

Коэффициент мощности выпрямителя определяется выражением:

,

где - коэффициент несинусоидальности, - угол сдвига первой гармоники при .

Находим параметры вентилей. Максимальное обратное напряжение на вентиле без учета коммутационных перенапряжений В. Средний ток вентиля А.

С учетом коммутационных перенапряжений и возможных колебаний напряжения питающей сети обратное напряжение вентиля составит В. С учетом запаса средний ток вентиля А.

Из справочника [1] выбираем вентиль КД247В с параметрами:

В, А.

Задача 2

Изобразить схему реверсивного преобразователя, выбрав схему преобразователя (перекрестную или встречно-параллельную) и способ управления вентильными группами. По исходным данным вычислить для заданных углов управления следующие параметры:

углы коммутации ,

коэффициенты пульсаций по первой гармонике ,

коэффициент мощности .

Считая, что выпрямленный ток идеально сглажен, для и трех заданных значений угла управления построить внешние характеристики. Выбрать тип вентиля, рассчитав необходимые для этого параметры. Для построить временные зависимости , , , . Пояснить особенности работы управляемого выпрямителя. Частота напряжения питания сети Гц.

Исходные данные: В, А, %, , , .

Определить для заданных : , , , , .

Изобразить: , , , .

Решение

По условию задана однофазная перекрестная схема реверсивного преобразователя. Она представлена на рисунке 3. Выбираем метод раздельного управления вентильными группами, т. е. отпирающие импульсы подаются на тиристоры только той из двух тиристорных групп, которая в данный момент времени участвует в преобразовании тока.

Проводим расчет номинального режима работы (т. е. для ). Уравнение внешней характеристики выпрямителя в относительных единицах имеет вид:

(3)

Рисунок 2 - Перекрестная схема трехфазного реверсивного преобразователя

Для номинального режима .

Для рассматриваемой схемы . Тогда .

Находим среднее выпрямленное напряжение при холостом ходе:

В.

Номинальное действующее фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора для трехфазной схемы выпрямителя равно

В.



Действующий ток вторичной обмотки выпрямительного трансформатора

.

Угол коммутации тока в выпрямителе определяется выражением

,

где Ом - индуктивное сопротивление обмоток трансформатора.

.

Уравнение для угла коммутации имеет вид:

. (4)

=arccos(1-0,113)=27,5

Коэффициент мощности выпрямителя определяется выражением:

, (5)

где - коэффициент несинусоидальности, - угол сдвига первой гармоники при .

Коэффициент пульсаций по первой гармонике определяется выражением:

,

где - пульсность схемы. Для нашего случая . Окончательная формула для имеет вид:

. (6)

Для построения внешних характеристик используем уравнение (3), по которому определяем для каждого угла управления два значения : при и при . Результаты расчетов указанных выше величин по уравнениям (3) - (6) сведены в табл. 1.

Находим параметры вентилей. Максимальное обратное напряжение на вентиле без учета коммутационных перенапряжений В. Средний ток вентиля А.

величины					при	при
			0,8	0,25	1	0,93
			0,69	0,37	0,94	0,87
			0,36	0,68	0,76	0,69
			0,05	1,32	0,5	0,43

С учетом коммутационных перенапряжений и возможных колебаний напряжения питающей сети обратное напряжение вентиля составит В. С учетом запаса средний ток вентиля А. Из справочника [2] выбираем вентиль КД529А с параметрами:

В, А.

Задача 3

Рассчитать параметры преобразовательного трансформатора и вентильного комплекта однофазного маломощного двухполупериодного неуправляемого выпрямителя, работающего на нагрузку с емкостным характером. Рассчитать емкость конденсатора, обеспечивающего коэффициент пульсации напряжения на выходе выпрямителя, равный 1%. По рассчитанным данным параметрам выбрать диоды выпрямителя и конденсатор фильтра. Изобразить временные диаграммы токов и напряжений в характерных точках схемы. Частота напряжения питания сети = 50 Гц.

Рисунок 3 - Схема однофазного маломощного двухполупериодного неуправляемого выпрямителя.

Определить: , , , , .

Изобразить: , , , , .

За номером варіанту дано: , , .

Решение

Из условия, что для маломощных двухполупериодных выпрямителей и, соответственно, коэффициенты В = 0,95-1,1 и

D = 2,1-2,2, выбираем предварительно значение этих коэффициентов.

B=1,1 и D=2,2,

Проведем предварительный расчет:

Выбираем диоды типа КД226А. Его основные параметры:

Находим прямое сопротивление диода:

Определяем активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной обмотке:

,

где - коэффициент, зависящий от схемы (=4,7 для мостовой однофазной),

S - число стержней трансформатора, несущие обмотки (S = 1), - магнитная индукция в сердечнике трансформатора ( = 1,05 Тл). Тогда

Находим индуктивность рассеивания обмоток трансформатора:

Определим угол, характеризующий соотношение между активным и индуктивным сопротивлениями фазы выпрямителя:

,

где - внутренне сопротивление выпрямителя.

Считаем, что индуктивное сопротивление не оказывает существенного влияния на длительность заряда конденсатора и находим коэффициент:

По найденным значениям коэффициента А и угла ц уточняем по диаграммам в [3] значения коэффициентов В, D, находим коэффициент H и угол отсечки:

В = 1,25; D = 1.8; H = 820; и = 58.

Производим перерасчет параметров:

Тип выбранного диода удовлетворяет уточненным значениям коэффициентов. Находим параметры преобразовательного трансформатора:

Выбираем из справочника [4] конденсатор К50-22-16В-10000мкФ.



Задача 4

По исходным данным, приведенным, рассчитать параметры сглаживающего LC - фильтра и выбрать унифицированные дроссели и конденсаторы фильтра. Питание фильтра осуществляется от выпрямителя. Нагрузка носит импульсный характер с заданной скважностью и длительностью импульсов.

Рисунок 4 - Сглаживающий LC - фильтр.

Исходные данные: = 9В, =0,6А, min=0,1А, Q=1,5, КП(1)=0,25%, КИИ=2%, =1мс.

Решение

Определяется значение тока Idmax с помощью скважности Q из следующего соотношения:

Idmax=(Idном-Idmin)Q+Idmin=(0,6-0,1)•1,5+0,1=0,85 (А).

Так как нагрузка носит импульсный характер, емкость выходного конденсатора выбирается такой, чтобы обеспечить требуемые параметры тока нагрузки:

,

где tи=1мс - длительность импульса;

КИИ - коэффициент искажения импульса тока за время tи его протекания.

Тогда:

Выбирается следующий тип конденсатора: К50-16-16В-5-5000мкФ.

Величина индуктивности - фильтра определяют из условия обеспечения непрерывности тока в ней. Тогда

где .

р=2 - пульсность однофазного выпрямителя.

щ=2рf=314,2 (c-1).

Тогда:

Выбирается тип дросселя: Д9 - 0,16 - 0,4 (Lф1=0,16Гн, Iподм=0,4А).

Определяется коэффициент фильтрации Кф1 данного звена:



Определяется коэффициент пульсации выбранного однотактного выпрямителя:

,

где р = 2 - пульсность преобразователя.

Так как б=0, то КП(1)=2/3=0,667.

Требуемый коэффициент фильтрации Кфтреб найдем из соотношения:

где КП(1)зад = 0,0025 - заданный коэффициент пульсации .

Так как Кфтреб<Кф1, то в данном случае достаточно одного LC- звена.

Задача 5

Провести выбор схемы компенсационного стабилизатора напряжения и его частичный расчет, необходимый для выбора интегральной схемы стабилизатора. Нестабильность входного напряжения - 10% .

Определить допустимые параметры входного напряжения стабилизатора, необходимые для расчета выпрямителя и сглаживающего фильтра, питающего стабилизатор.

Начертить схему электрическую источника электропитания для случая, когда он питает постоянную нагрузку Rн, используя проведенный ранее выбор элементов сглаживающего фильтра в задаче 2.1.

Исходные данные: max =0.6 А, =9 В, = 40 mВ, КП(1)=0,2%.

Решение

Требуемый коэффициент стабилизации определяется по выражению:

Производится выбор интегральной схемы стабилизатора, исходя из тока

max =0,6 А.

Находим допустимые значения напряжения на входе стабилизатора:

В

В

В

В

В.

Требуемый коэффициент стабилизации:

Рассеиваемая мощность:

Вт.

Рассчитаем стабилизатор К142ЕН12, имеющий такие параметры:

Uвх=12-57 В, Uвых=5-61 В, ?U=3,0 В, IH=1,5 А, РТ=8 Вт, КHU=0,02%, KHI=0,2%.

,

.

Так как Кстфакт>Ксттреб, то стабилизатор выбран правильно.

Коэффициент пульсаций входного напряжения

.

Начертим схему электрическую источника электропитания для случая, когда он питает постоянную нагрузку Rн, используя проведенный ранее выбор элементов сглаживающего фильтра в задаче 4

Резисторы R1 ,R2 образуют внешний регулируемый делитель, входящий в цепь установки выходного напряжения. Для снижения уровня пульсаций включается сглаживающий конденсатор С3 ? 10мкФ

Рисунок 5 - Схема источника питания



Список литературы

Гершунский Б. С. Справочник по расчету электронных схем. - К:, - 1983 ст. 70 - 75 трансформатор выпрямитель обмотка ток

Горячева Г. А., Добромыслов Е. Р. Конденсаторы: Справочник. - М.: Радио и Связь, 1984.

Мощные полупроводниковые приборы: Диоды: Справочник / Б. А. Бородин, Б. В. Кондратьев, В. М. Ломакин и др.; под. ред. А. В. Голомедова. - М.: Радио и связь, 1985. - 400 с.; ил.

Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры: Справочник / А. Б. Гитцевич, А. А. Зайцев, В. В. Мокряков и др. Под ред. А. В. Голомедова. - М.: Радио и связь, 1988. - 528 с.; ил.

Чиженко И. М., Руденко В. С., Сенько В. И. Основы преобразовательной техники. - М.: Высшая школа, 1981. - 423 с.

Размещено на Allbest.ru