Проектирование широтно-импульсного преобразователя

Содержание

Введение

1 Анализ вариантов технических решений по силовой части преобразователя, расчет элементов

1.1 Краткая классификация преобразователей по заданному типу

1.2 Анализ вариантов технических решений

1.3 Разработка схемы электрической принципиальной силовой части преобразователя

1.4 Разработка схемы электрической функциональной системы управления

1.5 Расчет и выбор элементов силовой части преобразователя

1.5.1 Расчет параметров и выбор трансформатора

1.5.2 Расчет и выбор тиристоров и диодов

1.5.3 Выбор сглаживающего и коммутирующих конденсатора и дросселя

1.5.4 Расчет и выбор элементов защиты

2 Математическое моделирование силовой части преобразователя

2.1 Разработка эквивалентной схемы замещения силовой части преобразователя

2.2 Разработка математического описания силовой части преобразователя

2.3 Разработка математической модели и расчет электромагнитных процессов

3 Расчет регулировочных и внешних характеристик преобразователя

3.1 Расчет регулировочных характеристик

3.2 Расчет внешних характеристик

4 Расчет энергетических характеристик преобразователя

4.1. Расчет зависимости КПД от управляющего воздействия

4.2. Расчет функциональной зависимости коэффициента мощности от управляющего воздействия

Заключение

Список используемой литературы

Приложение А

Математическая модель

Введение

В настоящее время электроприводы постоянного тока постепенно вытесняются электроприводами переменного тока, однако двигатели постоянного тока еще остаются главными преобразователями электрической энергии в механическую энергию в мало и среднемощных электроприводах.

Для питания таких электроприводов используется преобразование переменного тока в постоянный и другие формы преобразований при помощи вентильных установок различных типов, и поэтому экономия электроэнергии в преобразовательных установках и питающих их энергетических системах, повышение их КПД и коэффициента мощности является важнейшими задачами. Повышение КПД достигается в настоящее время внедрением в производство и эксплуатацию высокоэкономичных полупроводниковых вентилей.

Помимо вентилей, преобразователи, как правило, содержат трансформаторы, дроссели, конденсаторы и другие электрические элементы. Однако вентили являются основными элементами, управляющими потоками энергии и формирующими выходные напряжения и токи.

Действие вентильных преобразователей заключается в поочередной проводимости вентилей различных фаз, которые таким образом из отрезков кривых напряжений этих фаз формируют кривую выходного напряжения.

Поочередная проводимость вентилей приводит к периодически повторяющимся электромагнитным переходным процессам. Поэтому под установившимся режимом вентильного преобразователя понимают такой режим его работы, когда переходные процессы, обусловленные

коммутацией вентилей, идентично повторяются. Такой режим преобразователя иногда называют квазиустановившимся.

По заданию курсового проекта необходимо спроектировать нереверсивный широтноимпульсный преобразователь.

Техническое задание:

Параметры двигателя ПБСТ-23

Номинальная скорость вращения n=1500 об/мин

Номинальное напряжение Uя=110 В

Номинальная мощность Pн=0,85 кВТ

Номинальный ток Iя=9,2 А

Сопротивление обмоток якоря при 15 ºС Rя=0,594 Ом

Сопротивление добавочных полюсов при 15 ºС Rдп=0,367 Ом

Сопротивление обмотки возбуждения при 15 ºС Rов=216 Ом.

Кроме того необходимо исследовать зависимость КПД ШИП от потерь мощности на коммутацию.

Анализ вариантов технических решений по силовой части преобразователя, расчет элементов

1.1. Краткая классификация преобразователей по заданному типу

Широтно-импульсные преобразователи предназначены для изменения значения постоянного напряжения. Они служат для питания нагрузки постоянным напряжением, отличающимся по величине от напряжения источника.

В зависимости от типа применяемых в силовой части полупроводниковых приборов импульсные преобразователи делятся на транзисторные и тиристорные. Согласно заданию необходимо спроектировать тиристорный ШИП.

Тиристорные ШИП делятся на нереверсивные и реверсивные. Согласно заданию необходимо спроектировать нереверсивный ШИП.

Заключение

Для спроектированного преобразователя характерно следующее:

Максимальный КПД преобразователя соответствует максимальному значению скважности;

обеспеченна защита от токов короткого замыкания и от токов перегрузки;

цепь управления защищена от токов короткого замыкания;

для питания обмотки возбуждения двигателя используется неуправляемый выпрямитель;

тиристоры защищены от короткого замыкания быстродействующими предохранителями, а RC цепочки используются для защиты от перенапряжений, которые могут возникать на полупроводниковых вентилях.

Нереверсивные ШИП преобразуют плавно изменяющееся входное напряжение в импульсное с постоянной амплитудой и полярностью, но с разной длительностью и их можно разделить на две группы – параллельные и последовательные.

В последовательных ШИП рабочий вентиль включается последовательно с нагрузкой. Характерной особенностью таких ШИП является невозможность получения напряжения на выходе выше напряжения источника питания.

В параллельных ШИП рабочий вентиль или накопительный дроссель включаются параллельно с нагрузкой. В таких ШИП есть возможность получения на выходе напряжения выше напряжения источника питания.

В зависимости от выполнения узлов коммутации тиристорные ШИП можно разделить на преобразователи с зависимыми узлами коммутации (зависимые) и на преобразователи с независимыми узлами коммутации (независимые).

В первых коммутирующий конденсатор, при сохранении отрицательного напряжения на запираемом тиристоре, перезаряжается током нагрузки, во - вторых — током, колебательного контура.

В зависимых ШИП длительность процесса перезаряда конденсатора обратно пропорциональна току нагрузки и при малых токах нагрузки их, работа затруднена.

Независимые ШИП допускают работу, в режиме холостого хода, так как коммутирующий конденсатор в них перезаряжается током колебательного контура, а не током нагрузки.