Материал: 6612
ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)
Основы преобразовательной техники
Руководство к выполнению индивидуальной работы №2
РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ В РЕЖИМЕ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
2016
1
Министерство образования и науки Российской Федерации
Томский университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)
Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)
УТВЕРЖДАЮ Зав. Кафедрой ПрЭ
_______________С.Г. Михальченко
РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ В РЕЖИМЕ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Руководство к выполнению индивидуальной работы №2
2016
2
1. ЗАДАНИЕ К РАСЧЕТУ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ (УВ)
Рассчитать управляемый выпрямитель, предназначенный для стабилизации выходного постоянного напряжения при изменении напряжения сети и тока нагрузки.
Начертить схему выпрямителя, его аналог на однофазных трансформаторах. Отобразить диаграммы напряжений и токов в выпрямителе.
Исходные данные к расчету:
Uст—напряжение стабилизации;
Iн |
—ток нагрузки; |
|
U1 |
— номинальное напряжение сети; |
|
f |
— частота сети; |
|
U1min |
= U1(100 – |
1)/100; |
U1max = U1(100 + |
2)/100; |
|
Idmax |
= Idном; Idmin = 0.1Idном; |
|
Требуется определить:
-габаритную мощность трансформатора — S; -коэффициент трансформации — Kтр;
-параметры фильтра (коэффициент сглаживания, потери, элементы фильтра). Выбрать комплектующие элементы; тиристоры, дроссели, конденсаторы. Опре-
делить кпд, построить нагрузочную характеристику.
Варианты исходных данных (по списку группы):
№ п\п |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Uст,B |
5 |
15 |
30 |
60 |
200 |
300 |
400 |
100 |
200 |
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
Iн,A |
400 |
100 |
50 |
20 |
10 |
5 |
3 |
1 |
0,5 |
0,25 |
U1,B |
220 |
127 |
115 |
|
|
|
|
|
|
|
δ1,% |
10 |
15 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
δ2,% |
20 |
15 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
Iнmax |
Iн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iнmin |
0,1Iн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F,Гц |
50 |
400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Кп,% |
0,1 |
0,5 |
1 |
2 |
5 |
|
|
|
|
|
Фильтр |
LC |
RC |
L |
|
|
|
|
|
|
|
Схема Миткевича, Кюблера, Скотта, Шестифазная, Ларионова, Вологдина, Греца,
Схемы Вологдина используется при повышенных напряжениях (больше 1000В), Кюблера при больших токах нагрузки (больше 50А), RC фильтр при токах нагрузки меньше 10А.
3
2. РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА
Расчет габаритной мощности
Для того чтобы определить габаритную мощность трансформатора нужно знать: схему, мощность нагрузки Pн = Uст ·Iн, параметры трансформатора r1, r2, xs. Но для этого надо знать габаритную мощность трансформатора.
Разрешение подобной задачи возможно методом последовательного приближения, в несколько этапов. На первом этапе предлагается задать усреднённое значение потерь напряжения на паразитных элементах трансформатора
( U (0.02 – 0.1) ·Uн.
Исходя из этого ориентировочного значения, определяется габаритная мощность трансформатора и, соответствующие ей параметры трансформатора.
По этим данным проводится расчет выпрямителя и выбор его элементов. Если результат расчета не совпадает с заданным значением выходного напряжения, необходимо скорректировать напряжение вторичной обмотки и, соответственно, значение габаритной мощности трансформатора, его параметры.
Процесс расчета повторяется до допустимого расхождения (в пределах пяти процентов) выходного напряжения, полученного при расчете и заданного.
В зависимости от схемы выпрямителя известно отношение Sгаб/Pd (см. таблицы 1,2 приложения).
Габаритная мощность трансформатора, если не учитывать изменения напряжения сети:
S1 = (Pн+ U·Iн)·(Sгаб/Pd).
С учетом возможных изменений напряжения питающей сети габаритная мощность трансформатора:
Sгаб = S1 ·(100+ 2)/(100– 1).
Расчет параметров эквивалентной схемы трансформатора
Для трехфазных и сложных схем выпрямителя необходимо представить их аналог на однофазных трансформаторах –рис.2.1.
По найденной габаритной мощности трансформатора рассчитываются параметры однофазного двухобмоточного трансформатора.
Из опытов холостого хода и короткого замыкания известны эмпирические соотношения:
Iхх |
0.3 |
|
|
; |
Рхх |
0.15 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
I1н |
4 Sгаб |
Sгаб |
|
4 Sгаб |
||||||||||||
Uкз |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ркз |
0.17 |
||||||
0.014 Sгаб ; |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
U1н |
Sгаб |
|
4 Sгаб |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Из этих выражений определяются полная мощность потерь на холостом ходу и ток холостого хода, эквивалентные сопротивление потерь в магнитопроводе –r0 и индуктивность намагничивания –L0:
Sхх |
U1Iхх, r0 Pxx Ixx2 , cos xx Pxx Sxx, |
x0 |
r0tg(arccos Pxx |
|
Sxx |
4
Рис.2.1. Эквивалентная схема однофазного трансформатора
Из опыта короткого замыкания можно найти полное активное сопротивление потерь в первичной и вторичной обмотках –r1+r2I:
Sкз |
Uкз Iном, |
r1 r2' Pкз I1кз2 , cos кз Pкз Sкз, |
|
xs1 |
xs2' (r1 |
r2')tg(arccos Pкз |
). |
|
|
Sкз |
|
При пересчете сопротивлений из первичной обмотки в вторичную r=(r1+ r2’)/Ктр2, x=(x1+ x2’)/Ктр2.
3. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА УВ В РЕЖИМЕ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКЕ
Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя с индуктивной нагрузкой:
Ud Ud 0cos
С включением обратного диода она изменится:
при 0 |
|
2 |
m2 Ud |
Ud 0cos , |
|||
при |
2 |
m2 |
2 |
m2 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
(1 |
cos( 2 |
m2 |
)) |
|
|
Ud |
|
Ud 0 |
|
|
|
|
. |
|
|
2 sin( |
m2) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
Напряжения на входе сглаживающего фильтра при максимальном и наименьшем токе нагрузки:
|
Ud max |
Uст |
Uv (rдр |
rтр |
xэ )Iн max |
, |
|
|
Ud min |
Uст |
Uv (rдр |
rтр |
xэ ) Iн min |
|
|
|
где Uст — номинальное напряжение стабилизации на нагрузке; |
||||||
хэ |
|
xs m2 |
|
-эквивалентное сопротивление индуктивности рассеяния |
|||
2 |
трансформатора; |
|
|
|
|||
|
|
Uv — падение напряжения на тиристоре; |
|||||
|
|
|
|
||||
5