Розрахунок некерованих випростувачів

У відповідності з завданням на курсовий проект (КП) в якості перетворювача змінної напруги з частотою =50 Гц в постійну напругу застосовують схеми випростувачів з некерованими випростувачами-діодами та керованими випростувачами-тиристорами, оптотиристорами тощо. Схеми некерованих випростувачів приведені на рис.2.1.

Рис. 2.1 – Випростувачі: а) однофазна мостова; б) трифазна з нульовим виводом (схема Міткевича); в) трифазна мостова (схема Ларіонова)

Всі випростувачі мають ємнісне навантаження, тобто в схемі перетворювача частоти застосовують автономний інвертор напруги.

Розрахунок параметрів, включаючи розрахунок параметрів силового трансформатора, розрахунок параметрів вентилів, залежнос від заданого навантаження проводиться згідно з таблицею 2.1.

Таблиця 2.1 – Порівняння параметрів схем випростувачів при роботі на активному навантаженні для ідеальних вентилів і трансформатора

	Параметри трансформатора	Параметри Вентилів	Параметри навантаження
							q

Однофазна мостова	1,11	1,11		1,23			0,667
Трифазна з нульовим виводом трансформатор а	0,855	~	~	~1,35	2,09	1,21	0,25
Трифазна мостова (схема Ларіонова)	0,437	~0,817	~	~1,05	1,05		0,057

Вихідними даними для розрахунку є:

1. U₂, В– напруга мережі живлення; U₂=220 В;

2. I_d, А – середнє значення випрямленого струму (струму навантаження);

3. К_n , % – коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги;

4. f_с, Гц – частота мережі живлення f_с=50 Гц.

Значення випрямленого струму для однофазного випростувача приймається рівним струму статора двигуна з врахуванням запасу по потужності: ,

де – номінальний струм двигуна; .

Для трифазних схем випрямлення ,

де .

В розрахунках враховується – опір навантаження, куди входить опір фазної обмотки двигуна з опорами ключів інвертора.

Розрахунковими величинами є:

– максимальна напруга на виході випростувача; – номінальна напруга на виході випростувача та параметри вентилів та ємності випростувача.

Так як потужність електродвигунів, що розглядаються в КП, незначна, застосовують безтрансформаторні схеми випрямлення з живленням випростувача від трансформатора власних потреб значної потужності (зображено на схемах рис.2.1 пунктиром).

Згідно з розрахованими значеннями вибираються граничні параметри вентилів, які уточнюються розрахунком коефіцієнтів , , , , , див. приклад розрахунку випростувача.

Приклад розрахунку однофазного мостового випростувача з ємнісним фільтром

Вихідні дані:

1. середнє значення випрямленої напруги за номінального опору навантаження Ud= 48 В;

2. струм навантаження Іd = 0,3 А;

3. коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги Кn=2,5 %;

4. напруга мережі живлення Uм = 127 В;

5. частота мережі живлення fм = 400 Гц.

Необхідно визначити:

1. тип і параметри вентилів;

2. режими роботи схеми (значення струмів в елементах та напруг на них);

3. к.к.д. випростувача;

4. ємність та тип конденсатора фільтра.

Порядок розрахунку

1. Визначимо орієнтовні значення параметрів вентилів та габаритну потужність трансформатора.

Для цього необхідно визначити з табл.2.1 коефіцієнти схеми та задатись значеннями допоміжних коефіцієнтів В, D і F. Для мостової схеми їх вибирають у інтервалах: В = 0,95...1,1; D = 2,1...2,2; F=6,8...7,2.

Нехай В= 1,06; D = 2,15; F=7,0.

Тоді амплітуда зворотної напруги на вентилі становитиме:

U_вт= 1,5U_d =1,5 48 = 72 В.

Середнє та амплітудне значення струму через вентиль відповідно:

I_a=I_d 0,5F.

Отже, А;

Габаритну потужність трансформатора визначимо як:

За визначеним значенням габаритної потужності знаходимо максимальне значення індукції В_т для сталі марки Э360, забезпечуючи виконання умови S_Т> 23,2 ВА:

В_m =1,47 Тл для S_Т = 40 ВА.

Таблиця 2.2 – Рекомендовані значення максимальної індукції та к.к.д. трансформатора для марок сталей Э340,Э350,Э360

Габаритна потужність S_Т, ВА	Індукція В_т, Тл	к.к.д. η_Т
f_м = 50Гц	f_м = 400 Гц	f_м =50Гц	f_м = 400 Гц
	1,2	1,15	0,85	0,78
	1,4	1,33	0,89	0,83
	1,55	1,47	0,92	0,86
	1,6	1,51	0,94	0,88
	1,6	1,5	0,95	0,9
	1,43	1,4	0,96	0,92
	1,43	1,3	0,97	0,94

3. Вибираємо тип вентилів з табл.2.3. При цьому необхідно забезпечити виконання умов:

> V_в ,

I_{a max} > I_{a ,}

I_{a max} = πIa> I_{aт .}

У якості вентилів вибираємо кремнієві діоди типу КД205Д, див. табл.3.3, що мають такі параметри:

= 100 В > 72 В,

I_{a max} = 0,5 А > 0,15 А,

I_{aт max} =πI_am= 0,5π = 1,57 А > 1,05 А,

U_пр = 1 В.

4. Знаходимо опір діода у провідному стані

Таблиця 2.3 – Основні параметри деяких випрямних діодів

Тип діода	Граничні електричні параметри при температурі оточуючого середовища 25 ± 5 °С
Допустима зворотна напруга ,B	Середнє значення випрямленого струму I_{a max} А	Пряме падіння напруги U_пр(при І_а _тах),В
КД105Б		0,3
КД105В
КД105Г
КД205А		0,5
КД205Б
КД205В
КД205Г
КД205Д
КД205К	0,7
КД205Л
КД208		1,0
КД209А		0,7
КД209Б
КД202А		3,5
КД202Б	1,0
КД202В		3,5
КД202Г	1,0
КД202Д		3,5
КД202Е	1,0

5. Знайдемо величину активного опору обмоток трансформатора: ,

де – коефіцієнт, що залежить від схеми випрямлення: для мостової схеми = 3,5;

В_т– амплітуда магнітної індукції у магнітопроводі трансформатора, Тл;

S – число стержнів трансформатора, на яких розміщено обмотки: для броньового трансформатора із Ш-подібними пластинами магнітопроводу S=1, для трифазних транзисторів S=3

6. Знаходимо індуктивність розсіювання обмоток трансформатора:

де – коефіцієнт, що залежить від схеми випрямлення: для мостової схеми

7. Визначаємо кут φ, що характеризує співвідношення між
індуктивним і активним опорами випростувача: φ= ,

де r –активний опір випростувача. У загальному випадку:

де п_q – кількість послідовно увімкнених і одночасно працюючих вентилів, для мостової схеми п_q =2.

Ом; φ= .

8. Знаходимо величину основного розрахункового коефіцієнта:

де т – число фаз випростувача (для мостової схеми т = 2).

9. За знайденими значеннями A₀і кута φ за графіками, наведеними на рис. 2.2 – 2.5, знаходимо величини допоміжних коефіцієнтів:

В = 0,825; D = 2,57; F= 7,25; Н= 5,5-10³.

Знаючи величини коефіцієнтів В, D, F і Н, можна знайти уточнені параметри трансформатора і вентиля, за якими перевіримо правильність їх вибору.

10. Діюче значення напруги вторинної обмотки трансформатора становить:

11. Діюче значення струму вторинної обмотки трансформатора:

А.

12. Повна потужність вторинної обмотки трансформатора:

ВА.

13. Діюче значення струму первинної обмотки трансформатора:

де n=U₂/U₁ – коефіцієнт трансформації трансформатора (U₁ = U_м).

А.

14. Повна потужність первинної обмотки трансформатора:

ВА.

Рис.2.2. – Залежності коефіцієнта від основного коефіцієнта для різних значень кута

Рис.2.3. – Залежності коефіцієнта від основного коефіцієнта для різних значень кута

Рис.2.4. – Залежності коефіцієнта від основного коефіцієнта для різних значень кута

Рис.2.5. – Залежності коефіцієнта від основного коефіцієнта для різних значень кута

15. Уточнимо повну (габаритну) потужність трансформатора:

; Вт < 40Вт.

16. Уточнимо значення параметрів діода:

; В < 100В;

; А < 0,5А;

А,

1,09 А < 1,57А.

Отже, тип діода вибрано правильно.

17. Знаходимо величину ємності конденсатора фільтра:

Із довідника вибираємо конденсатор типу К50-7 ємністю 100 мкФ на напругу U=160 В > В.

18. Будуємо зовнішню (навантажувальну) характеристику випростувача . За допомогою цієї характеристики можна визначити відхилення випрямленої напруги від заданого значення при різних величинах струму навантаження , у тому числі напругу холостого ходу , струм короткого замикання І_кз та величину внутрішнього опору випростувача r₀.

Для розрахунку зовнішньої характеристики будемо задавати значення від 0 до номінального значення та знаходити відповідні їм значення допоміжного коефіцієнта: ,

За графіком (рис.2.6) знаходимо відповідні значення величини (4–5 значень) залежно від та φ, де – кут відтинання. Тоді відповідні їм значення вихідної напруги випростувача можна розрахувати за формулою:

Результати розрахунку зведені у табл.2.4 та відображені у вигляді графіка на рис.2.7.

Таблиця 2.4 – Результати розрахунку навантажувальної характеристики випростувача та

І_d, А	γ₀ для φ=12⁰	соsθ	U_d, В
		1,41	55,8
0,1	0,008	1,3	51,5
0,2	0,016	1,22	48,3
0,3	0,024	1,18	46,7

Із них можна зробити висновок, що параметри розрахованого випростувача відповідають завданню, бо при І_d = 0,3 А маємо U_d = 46,75В, що відрізняється від заданого значення U_d = 48 В на 2,7%. Це відповідає допустимій точності при інженерних розрахунках (5%).

19. Знаходимо значення напруги неробочого ходу випростувача:

20. Величина струму короткого замикання становить:

= ,

Рис. 2.6 – Залежність величини від коефіцієнта для різних значень кута

Рис. 2.7 – Навантажувальна характеристика випростувача

21. Величина внутрішнього опору випростувача становить:

22. Знайдемо величину к.к.д. випростувача:

де Р_T – втрати потужності у трансформаторі з к.к.д. η_T = 0,86 ;

Р_B – втрати потужності у одночасно працюючих діодах: п_q = 2

Втрати потужності у трансформаторі:

P_T= 21,6(1 – 0,86)=3,02 BA.

Втрати потужності у діодах:

BA.

Тоді

Розрахунок трифазного випростувача за схемою рис.2.1.б,в відрізняється схемою та коефіцієнтами схеми.

При живленні перетворювачів часто використовують без-трансформаторні схеми з живленням схеми від силового трансформатора значної потужності. Фазна низьковольтна напруга таких трансформаторів дорівнює U_{ф м}=220 В ±10 %.

Величина індукції В трансформатора залежить від потужності випростувача, і її можна вибрати в межах 1,5 – 2,1 Тл при розрахунковій потужності силового трансформатора в межах 1,0-10 кВА відповідно.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒