Двухэтажный двухсекционный жилой дом на 12 квартир
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
КУРСОВОГО ПРОЕКТА
по дисциплине «Силовая преобразовательная техника»
Тема: «Проектирование и расчет полупроводникового преобразователя электрической энергии»
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
. Выбор силовых полупроводниковых приборов (СПП) по току и напряжению и проверка их по перегрузочной способности
.1 Выбор СПП по току
.2 Проверка СПП по перегрузочной способности
.3 Выбор трансформатора
.4 Выбор СПП по напряжению
. Расчет и выбор элементов пассивной защиты СПП от аварийных токов и перенапряжений
.1 Расчёт и выбор защитных R-C цепочек
. Литературный обзор систем управления СПП преобразователя и формулирование требований к СУ проектируемого СПП
.1 Горизонтальный метод управления
.2 Вертикальный метод управления
. Проектирование структурной и функциональной схем системы управления СПП
. Выбор типов аналоговых и цифровых интегральных МС
. Проектирование принципиальной схемы и электрический расчет функциональных элементов СУ СПП
.1 Синхронизирующий трансформатор, фильтр
.2 Пороговый элемент
.3 Нуль - орган
.4 Формирователь длительности импульсов
.5 Выходной формирователь
. Описание принципа действия схемы и электрический расчет. Составление полной принципиальной электрической схемы
.1 Полная принципиальная электрическая схема проектируемого ППЭЭ
.2 Перечень элементов, используемых в принципиальной схеме
.3 Временные диаграммы работы СУ СПП
.4 Описание принципа действия электрической схемы
. Расчёт и построение внешней и регулировочной характеристик
.1 Внешняя характеристика преобразователя
.2 Регулировочная характеристика преобразователя
Заключение
Список использованных источников
полупроводниковый преобразователь микросхема импульс
ВВЕДЕНИЕ
Выпрямитель - это статический преобразователь электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного тока. В соответствии с заданием по курсовому проекту, мне необходимо спроектировать трехфазный мостовой полностью управляемый выпрямитель. Полная силовая схема проектируемого трёхфазного выпрямителя представлена на рисунке В1.
Рисунок В1 - Трехфазный мостовой полностью управляемый выпрямитель
Управляемые выпрямители применяются в устройствах средней и большой мощности (до 250 кВт). В данной схеме нагрузка включается между общей точкой катодной группы (VS1, VS3, VS5) и общей точкой анодной группы (VS2, VS4, VS6). В каждый момент времени в схеме проводят ток два тиристора, один из катодной группы, имеющий наиболее высокий потенциал на аноде и один из анодной группы, имеющий наиболее низкий потенциал на катоде.
Моменты естественного открывания тиристоров катодной группы сдвинуты по отношению к моментам перехода соответствующего фазного напряжения через 0 в положительную область на угол , а для тиристоров анодной группы на угол , по отношению к моменту перехода через 0 соответствующего фазного напряжения из положительной в отрицательную область.
Прерывистый режим работы схемы при любой нагрузке может появиться при . При R - L нагрузке отрицательные участки появляются в напряжении при .
Основные расчётные соотношения.
Среднее и действующее значение тока вентиля ():
где I - ток, протекающий по нагрузке;
Действующее значение фазного тока:
Среднее значение выпрямленной ЭДС:
где - для схемы без трансформатора,
- для схемы с трансформатором,
- схемный коэффициент по ЭДС,ф - фазное напряжение питающей сети.
Максимальное значение амплитуды прямого и обратного напряжения на вентилях:
где - выпрямленное значение напряжения на нагрузке,
Коэффициент формы тока:
Коэффициент использования вентиля по напряжению:
Коэффициент схемы по току:
Расчетная мощность трансформатора:
где - коэффициент повышения расчетной мощности трансформатора.
Частота пульсации выпрямленного напряжения:
где - частота питающей сети.
Напряжение на нагрузке с учётом гармоник:
где m - пульсность схемы, m = 6;- номер гармоники.
Рисунок В2 - Временные диаграммы работы выпрямителя
1. ВЫБОР СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ (CПП) ПО ТОКУ И НАПРЯЖЕНИЮ И ПРОВЕРКА ИХ ПО ПЕРЕГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ
Согласно техническому заданию, исходные данные к курсовому проекту:
номинальное напряжение нагрузки -
активное сопротивление нагрузки -
индуктивное сопротивление нагрузки -
температура окружающей среды -
Любой несинусоидальный сигнал можно представить суммой трёх симметричных сигналов: системой прямой последовательности, системой обратной и нулевой последовательностей. Графически эти последовательности представлены на рисунке .
На основании принципа действия силовой схемы трехфазного выпрямителя определяем режим работы с максимальной загрузкой прибора по току, что соответствует номинальному току. Необходимо выполнение условия:
(1.1)
где - трёхфазная мостовая шестипульсовая схема.
Условие не выполняется.
Несинусоидальный сигнал может быть разложен в ряд Фурье[1]:
(1.2)
Для данной схемы выпрямления, напряжение на выходе будет симметрично относительно оси ординат, то при разложении в ряд Фурье будут отсутствовать все чётные гармоники. А так как схема трёхфазная, то будет отсутствовать так же и третья гармоника и кратные ей.
Определяем амплитуды напряжений нечётных гармоник[1]:
Так как амплитудное напряжение пятой гармоники составляет менее одного процента от номинального напряжения нагрузки, то учитываем только первую и пятую гармоники. Запишем закон изменения ЭДС нагрузки с учётом гармоник:
Определяем номинальный ток нагрузки с учётом гармоник:
Определим действующее значение несинусоидального тока:
(1.4)
где IH - ток нагрузки,
.1 Выбор СПП по току
Определяем среднее значение тока:
Определяем действующее значение тока, протекающего через СПП:
Так как, исходя из задания, схема работает при улучшенном режиме работы и условиях охлаждения, по сравнению с номинальными, то есть:
.
Принимаем и (коэффициент запаса при отклонении условий охлаждения от номинальных, 0,8 … 1,2; коэффициент запаса по току в рабочем режиме 1,25 … 1,65).
По условию:
. (1.5)
Предварительно выбираем тип диодов и охладителей, исходя из условия:
Из справочника [3] выбираем тиристор Т142-50 (рисунок 1.2) и охладитель О241 - 80 с параметрами:
Температура перехода:
максимально допустимая ,
минимально допустимая = 0,40 оC/Вт - тепловое сопротивление переход - корпус;= 0,15 оС/Вт - тепловое сопротивление контактная поверхность охладителя - охлаждающая среда;(TO) = 1,20 В - пороговое напряжение;= 6,4?10-3 Ом - дифференциальное сопротивление в открытом состоянии;
Рисунок 1.2 -Тиристор Т142-50.
Для проверки правильность выбора тиристора по току, необходимо выполнение неравенства:
(1.6)
где ? максимальный допустимый ток при заданных условиях охлаждения.
Для выбранного прибора максимально допустимый ток при заданных условиях охлаждения и работы рассчитываем по формуле:
где Rthja = Rthjc+Rthcf -тепловое сопротивление переход - среда.= 0,40+0,15 = 0,55 оС/Вт;
А < 71 А.
Погрешность составляет (1.8)
Условие (1.8) выполняется, максимально допустимый ток превышает на 34% при токах 47 А.
.2 Проверка СПП по перегрузочной способности
Критерием нормальной работы СПП при перегрузке по току (пуско-тормозные режимы), является выполнение условия:
(1.9)
где tm - максимально допустимое время перегрузки, за которое температура перехода достигнет максимально допустимого значения Тjm.
Время tm определяется по графику зависимости переходного теплового сопротивления переход-среда от времени перегрузки, для конкретных типов приборов, охладителя и интенсивности охлаждения.
Определяем средние потери мощности для тока, предшествовавшего перегрузке [3]:
(1.10)
Ток тиристора при перегрузке: пер=(2,5 …4) IFAV. (1.11)
Примем IFAVпер=2,6?IFAV.пер=2,6×61,61=160,81А.
Средние потери мощности для тока, соответствующего перегрузке[7]:
(1.12)
где - коэффициент запаса по току в режиме перегрузки,
Переходное тепловое сопротивление переход - среда [3]:
(1.13)
По графику функции Z(th)tja=f(t) [3] определяем максимально допустимое время перегрузки, за которое температура перехода достигнет максимально допустимого значения:
= 1,2 c.
Условие выполняется, следовательно, тиристор удовлетворяет режиму перегрузки.
.3 Выбор трансформатора
Основными параметрами трансформатора напряжения являются [7]:
Номинальные значения первичной и вторичной обмоток трансформатора. Номинальное напряжение трансформатора напряжения равно номинальному напряжению первичной обмотки.
Номинальный коэффициент трансформации:
(1.14)
Погрешность по напряжению:
(1.15)
где - напряжение, поданное на первичную обмотку,
- напряжение, измеренное на выводах вторичной обмотки.
(1.16)
где - номинальное напряжение ЭДС вторичной обмотки трансформатора;
- коэффициент, учитывающий падение напряжения на активных сопротивлениях трансформатора, падение напряжения на вентилях и падение напряжения из-за коммутации вентилей;
- коэффициент, учитывающий неполное открывание вентилей.
(1.17)
где - коэффициент схемы;
- коэффициент, учитывающий возможное изменение напряжения питающей сети в допустимых пределах.
Подставляем выбранные нами значения в исходные выражения и получаем:
Рассчитываем типовую мощность трансформатора:
(1.18)
где - мощность постоянных составляющих напряжения и тока выпрямителя;
- номинальная мощность нагрузки;
- коэффициент, учитывающий превышение типовой мощности над мощностью постоянных составляющих.
(1.19)
(1.20)
где - номинальные значения фазных напряжений и токов первичной и вторичной обмоток трансформатора,
- число фаз первичной и вторичной обмоток трансформатора.
Рассчитываем полную мощность трансформатора:
(1.21)
где - коэффициент учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной.
Выбираем и подставляем полученные нами данные в формулу (1.21) для расчета полной мощности трансформатора:
Рассчитываем трансформатор по соотношениям.
Т.к. в каталоге отсутствует трансформатор с полученными мною данными, а именно ST = 5816 ВА и U2Ф = 136 В, то в соответствии с рассчитанными значениями величин принимаем его изготовление по спецзаказу.
Определяем номинальные значения фазного тока первичной обмотки трансформатора:
, (1.22)
где U1H - номинальные значения фазного напряжения первичной обмотки трансформатора;- число фаз первичной обмотки трансформатора.
Теперь определяем номинальные значения фазного тока вторичной обмотки трансформатора:
(1.23)
где U2H - номинальные значения фазного напряжения первичной обмотки трансформатора;- число фаз первичной обмотки трансформатора.
Определяем площадь поперечного сечения проводников:
(1.24)
(1.25)
где за ? принимаем плотность тока в обмотке трансформатора, ;
Отсюда определяем диаметр проводников:
(1.26)
(1.27)
Обмотки трансформатора изготавливаем из медных проводов с удельным сопротивлением
Зададимся индукцией магнитного поля B = 1,4 Тл.
Найдем площадь поперечного сечения магнитопровода сердечника по формуле:
(1.28)
где f- частота питающей сети, f = 50 Гц,- число витков в фазе первичной обмотки трансформатора.
Зададимся w1 = 40:
Число витков в фазе вторичной обмотки трансформатора:
Принимаем, что трансформатор имеет стержневой магнитопровод, а также считаем, что обмотка однослойная.
Тогда рассчитываем среднюю длину витка:
(1.29)
Находим коэффициент трансформации:
(1.30)
Находим R1 и R2:
(1.31)
Находим полное сопротивление короткого замыкания трансформатора:
(1.32)
Находим активное сопротивление фазы трансформатора по формуле:
. (1.33)
Находим индуктивное сопротивление фазы трансформатора [7]:
(1.34)
где - индуктивное сопротивление первичной обмотки трансформатора, приведенной к вторичной обмотке;
- индуктивное сопротивление вторичной обмотки;
Находим и по формулам[7]:
(1.35)
(1.36)
Тогда определяем индуктивности первичной и вторичной обмоток трансформатора[9]:
, (1.37)
(1.38)
.4 Выбор СПП по напряжению
СПП должны выдерживать определенное напряжение, которое прикладывается к ним как в прямом, так и в обратном направлениях. На практике выбирают СПП, имеющие запас классификационного значения напряжения по отношению к максимальному значению рабочего напряжения, прикладываемого к СПП в схеме.
Номинально значение максимального обратного напряжения, прикладываемого к тиристорам[7]:
, (1.39)
(1.40)
Получаем
Определим значение рабочего напряжения, прикладываемого к СПП в схеме:
, (1.41)
где kс - коэффициент, учитывающий возможность повышения напряжения в сети, kс =1,17.
Выбор по напряжению осуществляется по условию:
, (1.42)
где - коэффициент запаса по рабочему напряжению, kз.u =2,
- повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии,
×389,84 = 779,68В < 800В.
Таким образом, принимаем класс тиристоров по напряжению равный 8.
Дополнительно произведем проверку тиристоров по короткому замыканию для уточнения необходимости установки анодного реактора.
Рассчитаем ток короткого замыкания по формуле:
, (1.43)
- коэффициент трансформации;
- номинальный ток вторичной обмотки трансформатора. Находим из (1.43).
- условие выполняется, значит анодный реактор на входе выпрямителя не нужен.
Определяем среднее значение выпрямленного напряжения при ? = 0:
,
где = 2,34 - коэффициент схемы по ЭДС для данной трёхфазной симметрично управляемой схемы. Тогда
Определяем минимальный угол открывания тиристоров:
Значение минимального угла открывания вентилей для трехфазных схем лежит в пределах В приведенном выше расчете для трехфазной мостовой управляемой схемы угол , что выходит за пределы указанного диапазона, и, следовательно, пульсации тока нагрузки будут превышать допустимые пределы. Для уменьшения угла открывания тиристоров применяют понижающий трансформатор.
2 РАСЧЁТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ПАССИВНОЙ ЗАЩИТЫ СПП ОТ АВАРИЙНЫХ ТОКОВ И ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
.1. Расчет и выбор защитных R-С цепочек
Точный расчет R-C цепей достаточно сложен и требует учета ряда факторов. Параметры R-C цепочек определяются компромиссным решением с учетом достаточного ограничения уровня напряжения и скорости изменения напряжения на диоде, а также ограничение амплитуды разрядного тока защитного конденсатора в момент включения диода.
Параметры R-C цепей выбираем в пределах:= 33…200 Ом,= 0,1…0,5 мкФ
Примем R = 200 Ом; C = 0,47 мкФ.
Найдем мощность, выделяемую на резисторе[7]:
(2.1)
где - обратный ток тиристора[2].
(2.2)
Выбираем резисторы МЛТ2-200Ом±5%[2]; выбираем следующие тип конденсаторов [2]: К41-1-3600В-0,47мкФ±10%.
3. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СПП ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И ФОРМУЛИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К СУ ПРОЕКТИРУЕМОГО СПП
Система управления (СУ) преобразователем предназначена для формирования управляющих сигналов (импульсов) определённой формы и длительности, а так же для изменения момента подачи этих импульсов на управляющие электроды вентилей преобразователя.
Различают одноканальные и многоканальные системы управления (в зависимости от того, в скольких каналах вырабатываются управляющие импульсы). Так же в зависимости от принципа изменения фазы управляющего импульса выделяют горизонтальные, вертикальные системы.
Основные требования к системам импульсно-фазового управления:
. Длительность и мощность открывающихся импульсов определяется в соответствии с параметрами применяющихся ключей, режимами работы преобразователя и должны быть достаточными для надежного открывания ключей преобразователя.
. Широкий диапазон регулирования определяется типом преобразователя, режимом его работы (прерывистый или непрерывный) и характером нагрузки и должен быть достаточным для регулирования выходного напряжения в заданном диапазоне.
. Симметрия управляющих импульсов по фазам. Асимметрия между интервалами допускается в пределах 1,5-2,5°.
.1 Горизонтальный метод управления
При горизонтальном управлении управляющий импульс формируется в момент перехода синусоидального напряжения через нуль, а изменение его фазы обеспечивается изменением фазы синусоидального напряжения, то есть смещение этого напряжения по горизонтали.
На рисунке 3.1 приведена структурная схема одного канала многоканальной системы управления, использующей горизонтальное управление и временная диаграмма работы. Принцип работы системы заключается в следующем. Генератор переменного напряжения ГПН вырабатывает синусоидальное напряжение, находящееся в определенном фазовом соотношении с анодным напряжением тиристора данного канала. С выхода мостового фазовращающего устройства МФУ сдвинутое по фазе напряжение поступает на формирователь импульсов ФИ, где в момент перехода синусоиды через нуль формируется управляющий импульс, который затем усиливается выходным каскадом ВК. Угол сдвига фаз регулируется изменением напряжения управления.
Рисунок 3.1 - Горизонтальный метод управления;
а) функциональная схема,
б) диаграмма работы.
.2 Вертикальный метод управления
При вертикальном управлении управляющий импульс формируется в результате сравнения на нелинейном элементе величин переменного (синусоидального, пилообразного треугольного) и постоянного напряжения. В качестве нелинейного элемента обычно применяют транзистор.
Таким образом фазосдвигающее устройство при вертикальном управлении состоит из генератора переменного напряжения и узла сравнения (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2 - Вертикальный метод управления
а) функциональная схема;
б) диаграмма работы
Система работает следующим образом. Генератор переменного напряжения ГПН запускается при поступлении с синхронизатора напряжения в момент появления на тиристорах прямого напряжения, то есть в точках естественной коммутации. С выхода ГПН напряжение пилообразной формы поступает на устройство сравнения, где оно сравнивается с напряжением управления UУ. В момент сравнения пилообразного и управляющего напряжений устройство сравнения вырабатывает импульс, который через распределитель импульсов РИ поступает на формирователь импульсов ФИ1 или ФИ2 и дальше, через выходные каскады ВК1, ВК2 - на тиристоры выпрямителя.
Благодаря общему ФСУ одноканальные системы управления обладают высокой симметрией управляющих импульсов. Кроме того, одноканальная система проста в настройке, поскольку не требуется создание нескольких идентичных каналов. К недостаткам одноканальных синхронных систем управления следует отнести сложность синхронизации с сетью, так как необходимо формировать одноканальную последовательность кратной частоты.
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СПП
На рисунке 4.1 приведена структурная схема системы управления.
Рисунок 4.1 - Структурная схема СИФУ
УС - устройство синхронизации, ФСУ - формирователь синхронизирующего управления, УИ - усилитель импульсов.
Для выполнения своих функций СИФУ будет иметь следующую функциональную схему (рисунок 4.2):
Рисунок 4.2 - Функциональная схема СИФУ
ИСН - источник синхронизирующего напряжения, осуществляющий потенциальную развязку с сетью и согласование напряжения сети до уровня, с которым работают интегральные схемы.
ПЭ - пороговый элемент, который согласовывает напряжение сети до уровня, с которым работают интегральные схемы, а также производит сдвиг синхронизирующего напряжения на до точки естественного открывания тиристоров
ФСИ - формирователь синхронизирующих импульсов.
ГПН - генератор пилообразного напряжения.
НО - нуль-орган.
Тр - триггер.-формирователь длительности импульсов, формирует длительности импульсов по переднему фронту Uсч, формирует прямоугольные импульсы с длительностью, достаточной для надежного открывания тиристора, усиливает импульсы по мощности, формирует открывающие импульсы по мощности и по длительности и обеспечивает гальваническую развязку.
ОВ - одновибратор, формирует длительность импульсов.
ЛЭ - логический элемент, который формирует сдвоенный сигнал управления.
УИ - усилитель импульсов.
5. ВЫБОР ТИПОВ АНАЛОГОВЫХ И ЦИФРОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МС
В схеме применяются операционные усилители TLE2144J[4] с напряжением питания 4..44 В.
Рисунок 5.1 - Цоколевка операционного усилителя TLE2144J
- общий; 2 - выход 1; 3 - инверсный вход канала 1; 4 - прямой вход канала 1; 5 - общий; 6 - прямой вход канала 2; 7 - инверсный вход канала 2; 8 - выход 2; 9 - питание; 10 - общий.
Основные параметры:
Напряжение питания - 4..44 В;
Коэффициент усиления > 220 тыс.
Входное напряжение максимальное 5В;
Выделяемая мощность 380мВт.
Рисунок 5.2 - Внутренняя структура ОУ TLE2144J
В качестве компаратора используем AD790JR[5].
Рисунок 5.3 - Цоколевка компаратора AD790JR
- питание; 2 - прямой вход; 3 - инверсный вход; 4 - общий питания; 5 - блокировка; 6 - общий выхода; 7 - выход; 8 - питание логики.
Основные параметры:
Напряжение питания - ± 15В;
Напряжение питания - ± 5В;
Выходное напряжение максимальное ± 5В;
Выделяемая мощность 60мВт.
Одновибратор будет построен на КР1533АГ3[2], RS - триггер на элементах 6И-НЕ SN54HC00[4].
Рисунок 5.4 - Цоколевка логического элемента SN54HC00
- вход канала 1; 2 - вход канала 1; 3 -выход канала 1; 4 - вход канала 2; 5 - вход канала 2; 6 - выход канала 2; 7 - общий; 8 - выход канала 3; 9 - вход канала 3; 10 -вход канала 3; 11 - выход канала 3; 12 - вход канала 4; 13 -вход канала 4; 14 - питание.
Рисунок 5.5 - Цоколевка элемента КР1533АГ3
- вход информационный; 2 - вход информационный; 3 - вход установки в состояние 0; 4 - выход информационный; 5 - выход информационный; 6 - вывод для подключения емкости; 7 - вывод для подключения резистора и емкости; 8 - общий вывод; 9 - вход информационный; 10 - вход информационный; 11 - вход установки в состояние 0; 12 - выход информационный; 13 - выход информационный; 14 - вывод для подключения емкости; 15 - вывод для подключения резистора и емкости; 16 - питание.
Рисунок 5.6 - Условное обозначение элемента КР1533АГ3
Таблица 5.1 - Основные характеристики КР1533АГ3
Напряжение питания (Vcc)+5В ±10%Выходное напряжение лог.0<0,4ВВыходное напряжение лог.1>2,4ВВыходной ток "1", не менее0,4мАВыходной ток "0", не менее30мАТок потребления, max20мАВходной ток (1/0)20/-100мкАВыходной ток в Z-состоянии< 20мкАТиповая задержка28-48нсРабочий диапазон температур-10..+70oCКорпусDIP-16Импортный аналог"74ALS123"
6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СУ СПП
.1 Синхронизирующий трансформатор, фильтр
Синхронизирующий трансформатор обеспечивает синхронизацию напряжения питания с напряжением УПН.
Синхронизирующий трансформатор предназначен для формирования сигнала, пропорционального частоте напряжения генератора, управляющего работой блока управления возбуждением генератора, и сигнала U.
Синхронизирующий трансформатор TV1 выбираем МИТ-4В на следующие параметры: U2ф=10В, S=0,05Вт.
Фильтр состоит из двух резисторов и конденсатора.
Рисунок 6.1 - Фильтр
Выбор резисторов производится из условия необходимости сдвига синусоиды на 30° от 90°. Поэтому зададимся следующими номиналами:- РП1 - 48 - 0,25 - 22 кОм±10%.- МЛТ - 0,25 - 15 кОм±5%.
С7 - К50 - 18 - 0,33 мкФ±5%.
6.2 Пороговый элемент
Данный элемент собран на транзисторах VT1 - VT4 серии КТ315Е.
Рисунок 6.2 - Пороговый элемент
Поступающее напряжение от фильтра преобразуется в прямоугольные импульсы. Резисторы R13 - R15 выбираются номиналом 10 кОм. Сигналы с порогового элемента поступают на 2И-НЕ, с которого в тоге получается синхронизированное напряжение.
.3 Нуль орган
Нуль орган состоит из двух компараторов и инвертирующего операционного усилителя.
Инвертирующий усилитель DA1.1 преобразует напряжение управления UУ в инверсное Ud, с единичным коэффициентом передачи.
Резистор R31 ограничивает входной ток:
Рисунок 6.3 - Схема нуль органа
Резистор R34 выбираем равным R31, для обеспечения единичного коэффициента передачи: R34 = R31. Выбираем резисторы МЛТ - 0,25 - 10кОм [6].
Компараторы DA2, DA3 преобразуют напряжение управления в угол открывания тиристора ?.
Развертываемое напряжение определяется формулой (6.2):
Для момента времени при котором произошло равенство напряжений для входной цепи компаратора можно записать:
Примем R37=R38=R39, тогда:
Из (6.8) можно записать:
При UУ = 0, а UK= - UСМ. и (6.5):
Для :СМ = UKm.
Подставляя это значение UСМ в (6.6) и выразив UУ получим:
где UKm - максимальное опорное напряжение, UKm=10В.
Отсюда найдем:
Выбираем R37… R42 - МЛТ-0,125-30кОм±5%.
Пара стабилитронов VD1, VD2 служит для термостабилизации параметров входного сигнала DA1.1. Выбираем стабилитроны КС104А [6].
.4 Формирователь длительности импульсов и распределителя импульсов
Рисунок 6.4 - Формирователь длительности импульсов и
Резисторы R31, R32 служат для ограничения входного тока мультивибратора:
где UНО - выходное напряжение нуль органа, UНО = 5В;ВХ - входной ток мультивибратора, IВХ = [6].
Выбираем чип-резисторы RC0603JR-07240K [2].
Цепочки R61 - C10 и R62 - C11 служат для формирования длительности импульсов мультивибратора. Примем С10 = С11 = 0,33 мкФ.
Длительность импульсов определяется:
Тогда определим сопротивления резисторов R37, R38:
Выбираем чип - резисторы RC0603JR-03 [2] и конденсаторы Y5V 16В 0402[6].
6.5 Выходной формирователь
Помимо усиления импульсов управления, ВФ осуществляет потенциальную развязку силовой части преобразователя от системы управления.
Рисунок 6.5 - Выходной формирователь
Определяем UОТП ХХ min при снижении на 15% напряжения UП:
где UGT - отпирающее напряжение управления, UGT = 5В.
Минимальное значение тока IОТП КЗ min при максимальном внутреннем сопротивлении, увеличение которого на 5% вызвано разбросом параметров и сопротивлений элементов, определим по формуле:
где IGT - отпирающий ток управления, IGT = 0,4А.
Определяем номинальные значения:
Номинальное значение внутреннего сопротивления источника:
Максимальное значение UОТП ХХ max с учетом возможного повышения напряжения на 10%:
Максимальное значение IОТПКЗmax с учетом возможности уменьшения внутреннего сопротивления источника:
По UОТП ХХ max и IОТПКЗmax выбираем импульсный трансформатор МИТ - 4 и транзистор КТ315E с [6].
Номинальное напряжение источника питания:
Минимальное внутреннее сопротивление:
Максимальная мощность в управляющем электроде на максимальной ВАХ (максимум мощности имеет место при (RG=RВНmin):
По справочнику принимаем PGM=5,6 Вт при tимп отп=5мс и скважности 4мс.
Ток базы транзистора VT1:
Выбираем чип - резистор ERJB3BF3R9V[6].
Диод VD13 предназначен для снятия перенапряжений на индуктивности трансформатора при выключении VT13.Выбираем диод 2Д520А (UОБР=30В) [2].Диоды VD19, VD25 блокируют протекание тока через вторичную обмотку трансформатора TV4 от силовой цепи. Выбираем диоды 2Д530А (UОБР=40В, IПР=5А) [2].
Цепочка R79-C16 служит для повышения помехоустойчивости. Выбираем резистор RC1206FR-0791KL [6] и конденсатор К10-17В-Н90-0,22 мкФ [2].
Резистор R73 служит для более быстрого сброса энергии индуктивности TV4. Выбираем CRCW0805100KFHEAP[2].
7. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ СХЕМЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ. СОСТАВЛЕНИЕ ПОЛНОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
.1 Полная принципиальная электрическая схема проектируемого ППЭЭ
Рисунок 7.1 - Полная принципиальная электрическая схема
.2 Перечень элементов используемых в принципиальной схеме
Таблица 7.1 - Перечень элементов используемых в принципиальной схеме
Позиционное обозначениеНаименованиеКоличествоДиодыVD7 - VD121N58196КонденсаторыС1 - С6К41-1-3200В-0,47мкФ6С7 - C9К50 - 18 - 0,33 мкФ±5%3С10 - C15 Y5V 16В 04026С16 - С21К10-17В-Н90-0,22 мкФ6МикросхемыDA1.1- DA1.3TLE2144J1DA2 - DA7AD790JR3DD1 - DD3 КР1533АГ36DD3.1-DD3.4, DD4.1-DD4.2SN54HC002DD5.1-DD5.4, DD6.1-DD5.2SN54HC002РезисторыR1 - R6 МЛТ-2-200Ом6R7,R9,R11РП1-48-0,25 -22 кОм±5%3R8,R10,R12МЛТ - 0,25 - 15 кОм±5%3R13 - R27МЛТ-0,25-10кОм15R28 - R30SOP 10 04073R31 - R36МЛТ-0,25-10кОм6R37 - R54МЛТ-0,125-30кОм±5%18R55 - R60RC0603JR-07240K6R61 - R66RC0603JR-036R67 - R72 ERJB3BF3R9V6R73 - R78 CRCW0805100KFHEAP6R79 - R84 RC1206FR-0791KL6R85 2,5 Ом1СтабилитроныVD1 - VD6КС104А12ТиристорыVT1 - VT6Т142-506ТранзисторыVT1 - VT18КТ315E18
.3 Временные диаграммы работы СУ СПП
График 7.1 - Ток на нагрузке (? =38°)
График 7.2 - Напряжение на нагрузке (? =38°)
График 7.3 - Напряжение управление тиристором VT1 (? =38°)
График 7.4 - Напряжение управление тиристором VT2 (? =38°)
График 7.5 - Напряжение управление тиристором VT3 (? =38°)
График 7.6 - Напряжение управление тиристором VT4 (? =38°)
График 7.7 - Напряжение управление тиристором VT5 (? =38°)
График 7.8 - Напряжение управление тиристором VT6 (? =38°)
График 7.9 - Напряжение сети
График 7.10 - Напряжение на тиристоре VT1 (? =38°)
График 7.11 - Напряжение на тиристоре VT2 (? =38°)
График 7.12 - Напряжение на тиристоре VT3 (? =38°)
График 7.13 - Напряжение на тиристоре VT4 (? =38°)
График 7.14 - Напряжение на тиристоре VT5 (? =38°)
График 7.15 - Напряжение на тиристоре VT6 при (? =38°)
График 7.16 - Ток на нагрузке (? =85°)
График 7.17 - Напряжение на нагрузке (? =85°)
График 7.18 - Напряжение управление тиристором VT1 (? =85°)
График 7.19 - Напряжение управление тиристором VT6 (? =85°)
График 7.20 - Напряжение на тиристоре VT1 (? =85°)
График 7.21 - Напряжение на тиристоре VT2 (? =85°)
7.4 Описание принципа работы электрической схемы
Силовые тиристоры управляются. Развязка между логикой низкого напряжения и высокого напряжения происходит в выходном формирователе.
Выходной формирователь управляет каждым тиристором по отдельности. Формирование управляющих импульсов происходит в блоке ФСУ, где формируется угол открывания тиристоров. Обратная связь осуществляется в устройстве синхронизации через трансформаторы гальванической развязки. Потенциометрами мы можем задавать угол открывания тиристоров.
8. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ И РЕГУЛИРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИК
.1. Внешняя характеристика выпрямителя
Внешней характеристикой выпрямителя называется зависимость выходного напряжения U от тока нагрузки I при постоянном значении угла открывания, то есть зависимость при ? = const.
Рисунок 8.1 - Обобщенная схема замещения выпрямителя
Активное сопротивление последовательно включенных элементов схемы, по которым протекает ток нагрузки в один и тот же момент времени:
а = RТР = 1,285 Ом.
Реактивное сопротивление цепи:
Коммутационное сопротивление:
(8.2)
Сумма падений напряжений на полупроводниковых приборах, по которым в данный момент времени протекает ток нагрузки:
Согласно схеме замещения внешняя характеристика выразится формулой:
(8.3)
Находим среднее значение выпрямленной ЭДС для cosamin и cosamax:
В режиме непрерывного тока внешние характеристики выпрямителя представляют собой ряд параллельных прямых, наклоненных к оси тока.
Построение характеристик производилось для двух различных значений угла открывания тиристора . Были выбраны следующие значения углов открывания: , ,. Для этих значений производится построение внешних характеристик выпрямителя по двум точкам при I = 0 и I = IНОМ.
Рисунок 8.2 - Внешняя характеристика преобразователя
.2 Регулировочная характеристика выпрямителя
Регулировочная характеристика выпрямителя представляет собой зависимость выпрямленной ЭДС Е от угла открывания ?, то есть Е = f(?).
Для данной схемы, выражение для выпрямленной ЭДС имеет вид:
= E0?cos? (8.3)
Таблица 8.2 - Расчет регулировочной характеристики выпрямителя
0153045607590Е, В318,2306,8275,1224,6158,882,20
Рисунок 8.3 - Регулировочная характеристика выпрямителя
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В курсовом проекте был рассмотрен трехфазный мостовой выпрямитель, полностью управляемый, работающий на активно-индуктивную нагрузку.
Для указанной схемы были произведены: расчет и выбор силовых элементов, расчет и выбор элементов пассивной защиты силовых приборов, проектирование структурной и функциональной схем системы управления преобразователем, проектирование принципиальных схем и расчет функциональных элементов системы управления, построены полная принципиальная схема, внешняя и регулировочная характеристики преобразователя.
В графической части приведены функциональная и полная принципиальная схемы проектируемого преобразователя, временные диаграммы работы, внешние и регулировочные характеристики .
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Электронная техника и преобразователи: Учебное издание/ Бурков А.Т. - М.: Транспорт, 1999. - 464с.
www.chipdip.ru <http://www.chipdip.ru>
Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / О. Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недошивин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 400 с., ил.
http://www.ti.com/ //www. analog.com /
http://www.platan.ru/
Учебно-методическое пособие к курсовому проектированию по силовой преобразовательной технике для студентов специальности «Автоматизированные электроприводы». - Для студентов специальности «Автоматизированные электроприводы» / Гульков Г.И., Улащик Н.М. - Мн.: БНТУ,2005.-79с.,ил.
Больше работ по теме:
Предмет: Строительство
Тип работы: Курсовая работа (т)
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2018 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ