Проектирование автономного инвертора тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Институт Урал ЭНИН

Кафедра Электротехнологические установки и системы

Курсовой проект

Проектирование автономного инвертора тока

Контрольная работа

студента 3-го курса

Группа: ЭНЗ-330408у

Бучельников И.А.

Екатеринбург 2016

Содержание

Введение

I. Параллельный АИТ

1.1 Расчет токов индуктора и построение векторной диаграммы

1.2 Выбор тиристора

1.3 Расчет анодного дросселя

1.4 Расчет и выбор ёмкостей

II. Последовательно-параллельного АИТ

2.1 Расчёт неизвестных токов и напряжений и построение векторной диаграммы

2.2Расчет и выбор ёмкостей

2.3 Выбор тиристора

2.4 Расчет анодного дросселя

III. Параллельно-Последовательного АИТ

3.1 Расчет неизвестных токов и напряжений, построение векторной диаграммы

3.2 Расчет и выбор емкостей

3.3 Выбор тиристора

3.4 Расчет анодного дросселя

Заключение

Список литературы

Приложение 1

Введение

Основными задачами данного курсового проекта расчет параметров и выбор оборудования силовой части:

I. Параллельного АИТ;

II. Последовательно - параллельного АИТ;

III. Параллельно - Последовательного АИТ.

Исходные данные

Р,кВт	Uи, В	fвых, Гц	cos ц
1000	1200	2400	0,13

I. Параллельный АИТ

1.1 Расчет токов индуктора

На основании полученных данных выполним построение векторной диаграммы параллельного АИТ. См. Приложение №1

Мощность индуктора определяется по формуле:

P=I_и*U_и*cos ц, (1)

где I_и - ток индуктора;

U_и- напряжение на индукторе;

cos ц - косинус угла между I_и и U_и.

Тогда, согласно формуле (1):

I_и = Р/(U_и* cos ц) = 1000*10³/(1200*0.13) = 6410,256 А. (2)

I_R= Р/U_и = 1000*10³/1200 = 833,3 А. (3)

ц = arccos ц = 82,53^o(4)

I_L= (Р_и*sinц)/(U_и*cosц)= (1000*10³*sin 82,53^o) / (1200*0,13) = 6346 А. (5)

I_R, I_L - активная и индуктивная, составляющие тока индуктора.

Величину активной нагрузки определяем по закону ома:

R = U_и / I_R = 1200 / 833,3 = 1,44 Ом. (6)

Индуктивная нагрузка:

L = U_и / (I_L*2р*f_вых) = 1200 / (6346*6,28*2400) = 1,25*10^-5 Гм(7)

Для определения тока I_c необходимо определить угол ц индукктора исходи из соотношения:

ц / 360^o = t_восст / Т_вых , (8)

где T_вых - период колебаний тока на выходе

t_восст - время восстановления запирающих свойств тиристоров VS₁ , VS₂ , VS₃ , VS₄.

ц = t_восст*360^о / T_вых = 30^о

ориентировочное значение на допустимом интервале от 15^о до 40^о.

T_вых = 1 / 2400 = 4,1*10^-4 c. (9)

По формуле (8) определяем t_восст :

t_восст = (ц* T_вых ) / 360^o = (30*4,1*10^-4) / 360^o = 34 мкс(10)

Оптимальное стандартизированное значение t_восст в нашем случае 32 мкс исходя из этого проведем перерасчет угла ц индуктора, опираясь на формулу (8)

ц =(t_восст*360^o) / Т_вых = (32*10^-6 *360)/ 4,1*10^-4 = 28,09^о

tg ц =(I_C - I_L ) /I_R(11)

I_C = 2р*f_вых*C* U_и(12)

Выражая из формулы (11) и (12) I_C и приравнивая их, получаем соотношение:

2р*f_вых*C* U_и = I_L + tg ц *I_R(13)

Исходя из соотношения (13) определяем суммарную ёмкость конденсаторной батареи:

C = (I_L + tg ц *I_R) / (2р*f_вых* U_и)= (6346 + tg 28,09^o * 833,3) / (2р * 2400 * 1200) = 375мкФ(14)

Тогда ток I_C определяем по формуле (12) :

I_C = 2р*f_вых*C* U_и = 2р*2400*1200 *375*10^-6 = 6782,4А

I_H = I_R / cos ц = 833,3 / cos 28,09^o = 944,5 A(15)

I_C - I_L =6782,4- 6346 = 436,4A

1.2 Выбор тиристора

Опираясь на формулу (10), выбираем тиристор по 3-м параметрам: t_восст, I_TAV, U_и.

t_восст = t_q = 32мкс - подходящее время восстановления

Оптимальное значение длительно протекаемого прямого тока I_TAV определим по формуле :

I_TAV = (I_H / 2) * 1,2 = (944,5 / 2) * 1,2 = 566,7 А(16)

Подходящий тиристор ТБ143-630

U_DRM(U_RRM)=1000 - 2400B;

I_TAV=630A;

U_TM= 2B;

(di/dt)_crit = 1000 A/мкс;

t_q = 32мксгде,

U_DRM(U_RRM) - повторяющееся импульсное нап-ие в закрытом состоянии, > U_и;

U_TM - импульсное напряжение в открытом состоянии;

(di/dt)_crit - критическая скорость нарастания прямого тока (в открытом состоянии).

1.3 Расчет анодного дросселя.

Ток проходящий через анодный дроссель, определяется по формуле:

i(t) = I_уст * (1 - С^-(t/ф)), (17)

где i(t) мгновенное значение тока.

I_уст = I_TAV - ток установившегося режима

ф - постоянная времени переходного процесса.

Возьмем производную по времени от уравнения (17)

di/dt = (1/ф) * I_уст * С^-(t/ф) (18)

I_уст / ф = I_TAV / ф ,

где ф определяется как

ф = L_ад / R_тир = (L_ад * I_TAV) / U_тм , (19)

где L_ад - индуктивность анодного дросселя

R_тир - сопротивление тиристора,

R_тир = U_тм / I_TAV

Тогда, подставив уравнения (19) в производную уровнения (18), получаем

U_тм / L_ад , где (di/dt)_crit(20)

Исходя из формулы (20), найдем номинальную индуктивность анодного дросселя L_ад :

L_ад = U_тм / (di/dt)_crit = 2 / (1000 * 10^-6) = 0,2 * 10^-8 Гн(21)

Следует взять L_ад с запасом: L_ад=0,3 * 10^-8 Гн

1.4 Расчет и выбор ёмкостей

Согласно формуле (14), суммарная ёмкость конденсаторной батареи равна

C = 375мкФ, опираясь на частоту f_вых = 2400 Гц, напряжение U_и = 1200 В, суммарную ёмкость и мощность выбираем конфигурацию из 27 параллельно подключенных конденсаторов.

ЭЭВК 1.6-2.4 УЗ. ТЗ Параметры:

P_ном = 550 кВАр - номинальная мощность;

С_{1-го конд.} = 14.25 мкФ - ёмкость одного конденсатора;

U_ном. = 1600 В. - номинальное напряжение;

F_ном = 2400 Гц - номинальная частота.

Ёмкость составленной батареи:

С_расч = С_{1-го конд.} * n_выб. =14.25 *27 = 384.75 мкФ(22)

 - 375) / 384.75) * 100% = 2.5%

Полученная ёмкость отлична от расчётной на 2.5%.

Проверка по реактивной мощности:

Q_вд ? Q_{ном. 1 конд} * n_конд , (23)

где Q_{ном. 1 конд} - номинальная мощность конденсатора;

Q_вд - мощность, определяемая по векторной диаграмме параллельного АИТ.

Q_вд = I_c * U_c * sin 90^o= 6782,4 * 1200 * 1 = 10851,84кВар(24)

Q_{ном. 1 конд} * n = 550 * 10³ * 27= 14850кВАр(25)

Неравенство (23) удовлетворяет условию: 10851,84кВАр ? 14850кВАр.

Проверка выполнена.

индуктор ток напряжение тиристор

II. Последовательно-параллельного АИТ

2.1 Расчет неизвестных токов и напряжений и построение векторной диаграммы

Поскольку питание АИТ осуществляется через 3-фазный мостовой выпрямитель (сеть 220/380), принимаем напряжение нагрузки U_н = 514,8 В.

Угол ц инвертора остается остаётся прежним, из формулы (8) угол численно равен 28,09^о, используя известные параметры (U_н , U_u = U_ck , I_u = I_R + I_L), построим векторную диаграмму см. Приложение 2

<(U_н , U_с.вх ) = 180^о - 90^о - ц = 180^о - 90^о - 28,09^о = 61,91^о(26)

Определяем значение U_с.вх по теореме косинусов:

U²_и = U²_с.вх + U²_н - 2 U_с.вх * U_н * cos (Д(U_н, U_с.вх)); (27)

1200² = U²_с.вх + 514,8² - 2 U_с.вх * 514,8* cos61,91^о

U²_с.вх - 483,912U_с.вх - 1174980.96 = 0

U_с.вх = 1352,6 В.

По теореме косинусов найдем Д(U_и, U_н):

U²_с.вх = U²_н + U²_и - 2* U_и* U_н* cos(Д(U_и, U_н)); (28)

cos(Д (U_и, U_н)) = (U²_н + U²_и - U²_с.вх )/( 2*U_и*U_н) =

=(1200² + 514,8² -1352,6²)/(2*1200*514,8)=-0,1

Д(U_и, U_н)=arccos(-0,1)=95,7^о(29)

Д(I_н, I_и)=ц + ц_и - Д (U_и, U_н)= 28,09^о + 82,53^o -95,7^о =14,92^о(30)

Д(I_ск, I_и)= 90^о - arcsin(I_L,/I_и) = 90^о - arcsin(6346/6410,256) = 8,1^о(31)

Д(I_н, I_ск)= 180^о - Д(I_сп, I_и) - Д(I_ск, I_н)= 180^о - 8,1⁰ - 14,92^о = 156,98^о(32)

По теореме синусов найдем I_н, I_ск:

I_ск = I_и*( (sin(Д(I_н,/I_и))) / sin(Д(I_ск,/I_н))) = 6410,256 (sin(14,92^о) / sin(156,98^о)) = 4224А(33)

I_н = I_с.вх = I_и*((sin(Д(I_ск,/I_и))) / sin(Д(I_н,/I_ск))) = 6410,256 (sin(8,1^о) / sin(156,98^о)) = 2301А(34)

2.2 Расчет и выбор емкостей:

U_c=U_и

Составляем компенсирующую конденсаторную батарею:

U_c=1200В

Опираясь на емкость, полученную по формуле (35) и вышеуказанные параметры, создаем батарею из 20 параллельно подключенных конденсаторов.

ЭЭВКН=1,6-2,4У3

С_к=11,66 мкФ

Q_ном= 450кВар

Тогда С_расч определяем по формуле (22):

Проверка по реактивной мощности:

Выполняем проверку, опираясь на неравенство (23):

Неравенство (23) удовлетворяет условию кBap ? кBap

Проверка выполнена.

Составляем входную конденсаторную батарею:

Опираясь на емкость, полученную по формуле (36) и вышеуказанные параметры, создаем батарею из 10 параллельно подключенных конденсаторов.

ЭЭВКН=1,6-2,4У3

С_к=11,66 мкФ

Q_ном= 450кВар

Тогда С_расч определяем по формуле (22):

Проверка по реактивной мощности:

Выполняем проверку, опираясь на неравенство (23):

Неравенство (23) удовлетворяет условию кBap ? кBap

Проверка выполнена.

2.3 Выбор тиристора

Требуемое время восстановления тиристора по прежнему t_восст= 34мкс,

Поскольку угол ц инвертора остался прежним . Изменился ток нагрузки I_н= А. Подберем новое подходящее значение параметра I_TAV по формуле (16):

Подходящий тиристор ТБ143-500. Его параметры:

U_DRM(U_RPM)= 1000-2400B

I_TAV=1600 A

U_TM=2,3 B

t_q=32 мкс,

Расшифровка обозначений дана в пункте 1.2.

2.4 Расчет анодного дросселя

Согласно формуле (21), требуемая индуктивность анодного дросселя Lад:

III. Параллельно-Последовательного АИТ

3.1 Расчет неизвестных токов и напряжений

Поскольку питание АИТ осуществляется через 3-фазный мостовой выпрямитель (сеть 220/380В), принимаем напряжение нагрузки U_н=514,8В.

Угол ц инвертора остается прежним, из формулы (8) угол численно равен 28,09⁰. Используя известные параметры (U_н=U_ск, U_и, I_и=I_cп=I_R+I_L), построим векторную диаграмму см. приложение №3.

- 82,53^o = 7,47^о

Определяем значение U_сп по теореме косинусов:

По теореме косинусов найдем

По теореме синусов найдем I_ск и I_н :

3.2 Расчет и выбор емкостей

Составляем компенсирующую конденсаторную батарею:

U_cк=514,8В

Опираясь на емкость, полученную по формуле (46) и вышеуказанные параметры, создаем батарею из 7 параллельно подключенных конденсаторов.

ЭЭВК-0,5-2,4 УЗ. ТЗ

С_ск=146мкФ Q_ном= 550кВар

Тогда С_расч определяем по формуле (22):

Проверка по реактивной мощности:

Выполняем проверку, опираясь на неравенство (23):



Неравенство (23) удовлетворяет условию кBap ? кBap

Проверка выполнена.

Составляем входную конденсаторную батарею:

Опираясь на емкость, полученную по формуле (47) и вышеуказанные параметры, создаем батарею из 14 параллельно подключенных конденсаторов.

ЭЭВКН-0,8-2,4УЗ параметры:

С_сп=46,65мкФ

Q_ном= 450кВар

Тогда С_расч определяем по формуле (22):

Проверка по реактивной мощности:

Выполняем проверку, опираясь на неравенство (23):

Неравенство (23) удовлетворяет условию кBap ? кBap

Проверка выполнена.

3.3 Выбор тиристора

Требуемое время восстановления тиристора по прежнему t_восст= 30мкс,

Поскольку угол ц инвертора остался прежним . Изменился ток нагрузки I_н= А, согласно формуле (45) Подберем новое подходящее значение параметра I_TAV по формуле (16):

Подходящий тиристор Т253-1250. Его параметры:

U_DRM(U_RPM)= 400-1800B

I_TAV=1250 A

U_TM=0,95 B

t_q=200 мкс,

Расшифровка обозначений дана в пункте 1.2.

3.4 Расчет анодного дросселя

Согласно формуле (21), требуемая индуктивность анодного дросселя Lад:

Заключение

В ходе выполнения данного курсового проекта мы выяснили принципиальные отличительные черты в устройстве и принципы действия 3 конфигураций автономного инвертора тока:

1) Параллельного АИТ.

2) Параллельно - последовательного АИТ.

3) Последовательно - параллельного АИТ.

В работе показана и исследована основная задача параллельно-последовательной и последовательно-параллельной схем АИТ, повышение напряжения на индукторе относительно выходного напряжения выпрямителя путем подключения очередным образом дополнительных емкостей.

Список литературы

1) Забродин Ю.С. Промышленная электроника.

2) Мартынов К.А. Силовая электроника. Часть II Инверторы и преобразователи частоты.

3) Герасимов В.Т. Основы промышленной электроники.

Размещено на Allbest.ru