Электропреобразовательные устройства РЭС
Электрические машины постоянного и переменного тока. Трансформаторы, источники вторичного питания. Вентили, аккумуляторы и выпрямители. Преобразователи постоянного тока. Термоэлектрические генераторы. Защита человека от воздействия электромагнитного поля.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.03.2013 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
При неравномерном распределении токов нагрузки между двумя 6-фазными схемами (например, напряжение на выпрямительном мосте V1 -большое напряжения на выпрямительном мосте V2) напряжение на конденсаторах этих схем также соответственно различное (напряжение на конденсаторе С1 больше напряжения на конденсаторе С2). В результате алгебраического сложения этих напряжении через нагрузочные резисторы R9 и R10 начинает протекать корректирующий ток. При этом на инвертирующий вход микросхемы Д1 поступает напряжение положительной полярности через резистор R13 , а на тот же вход микросхемы Д2 - через резистор R14 - отрицательной полярности. В результате напряжение на входе 5 по отношению ко входу 4 у микросхемы Д1 меньше, а у микросхемы Д2 больше. Следовательно, напряжение сигнала на выходе микросхемы Д2 увеличится, а на выходе микросхемы Д1 уменьшается, транзистор V10 выходного каскада закроется, а транзистор V11 еще больше откроется, напряжение на нагрузочном резисторе R48 блока управления АЗ уменьшится, а на R48 блока управления А4 - увеличится.
Настройка равномерного распределения токов (выравнивание) между 6-фазными схемами осуществляется переменным резистором R47.
2.4 Конструкция
Конструктивно ВУТ, как и выпрямительные устройства с условной мощностью 2, 4, 9 и 16 кВт, выполнен в виде шкафа прислонного типа сборной конструкции с габаритными размерам: 2000Х 1100Х 742 мм. Масса ВУТ - не более 1100 Кг. в левой части шкафа внизу расположены в два ряда друг под другом силовые трансформаторы ТV1 и ТVЗ. в правой части таким же образом расположены блоки тиристоров. На передней балке установлены трансформаторы тока ТА7......ТА10.
В правой части в третьем ряду установлены два дросселя фильтра и уравнительный дроссель, над ними - блоки с фильтровыми конденсаторами (4 блока), еще выше - два блока управления, блок выравнивания тока и защиты, силовой предохранитель F20. За предохранителем установлен шунт амперметра. Над силовыми трансформаторами расположен блок реле. В верхней части шкафа установлены пускатель переменного тока, трансформаторы тока ТА1......ТА6, конденсаторы для уменьшения уровня радиопомех, дроссели блоков управления. Над ними размешаются ремонтный разъединитель Q, клеммники постоянного и переменного тока, разъемы для параллельной работы и входящие в комплект запасных частей кронштейны и планки для укрепления шип переменного тока.
Спереди шкаф закрывается внизу двумя съемными заглушками, а вверху - двумя дверьми со специальными замками. Над левой дверью шкафа установлена откидная панель сигнализации с сигнальными лампочками, тумблером, рукояткой ремонтного разъединителя Q. Над правой - откидная панель с измерительными приборами. Сзади ВУТ закрывается шестью съемными заглушками.
Рис.2.2. Допускаемые действующие значения переменных составляющих напряжения питания 60 В.
3. Управляемые выпрямители на тринисторах
Широкое применение тринисторов объясняется их следующими преимуществами по сравнению с тиратронами:
1) большей экономичностью из-за отсутствия накала и малого падения напряжения (около 2 В) в проводящем состоянии;
2) меньшим временем перехода тринистора в непроводящее состояние (т. е. меньшим временем восстановления), что уменьшает вероятность пробоя;
3) меньшей мощностью управления. Схемы управляемых выпрямителей на тринисторах и на тиратронах аналогичны. Силовой трансформатор (рис. 3.1, а) имеет две вторичные обмотки: основную или силовую 1 и управления 2. Угол регулируется с помощью фазосдвигающей цепи R1L, содержащей индуктивность в виде дросселя насыщения. Изменяя индуктивность дросселя подмагничивающим током, можно создавать сдвиг по фазе между напряжением u2 вторичной обмотки 1 и управляющим напряжением uу или током управления вторичной обмотки 2 iу (рис. 3.1,б). Отпирание тринистора происходит в тот момент, когда управляющее напряжение становится положительным, а запирание обеспечивается подачей отрицательного напряжения на анод тринистора во время отрицательной полуволны напряжения вторичной обмотки. Управляющее напряжение снимается с резистора R1 и подается между катодом и управляющим электродом тринистора. Резистор R2 служит для ограничения тока управляющего электрода.
Кривые напряжений и токов двухполупериодного управляемого выпрямителя (рис. 3.2, а). Вторичная обмотка трансформатора TP2 имеет средний отвод, от которого управляющее напряжение подается на тринистор T1. На второй тринистор управляющее напряжение подается от точки соединения фазосдвигающей цепи R3C. Угол регулируется реостатом R3. Диоды Д3, Д4 служат для замыкания цепей управления тринисторов. При положительном полупериоде напряжения ток управляющего электрода тринистора Т1 проходит от точки 3 по резистору R1, тринистору Т1, диоду, Д4 и резистору R3 к точке 1. В следующий полупериод открывается тринистор Т2, и его ток управления проходит через диод Д3.
В однофазной мостовой схеме выпрямления ток нагрузки протекает одновременно через два включенных последовательно вентиля, поэтому, чтобы регулировать выпрямленное напряжение, достаточно включить два тринистора. На входе индуктивно-емкостного сглаживающего фильтра ставится обратный диод Д5(нулевой), который за счет ЭДС самоиндукции дросселя при запирании тринистора замыкает цепь нагрузки. В результате этого уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения и повышается cos . В маломощных выпрямителях нулевой диод можно не применять.
Рис. 3.2. Мостовая однофазная схема выпрямителя.
3.1 Тиристоры
Тиристором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с тремя или более p-п-переходами, используемый для переключения, в вольт-амперной характеристике которого имеется участок отрицательного дифференциального сопротивления.
Простейшим тиристором является динистор - неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа р-п-р-п (рис. 3.3, а). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние n-p-n-переходы называются эмиттерными, а средний p-n-переход - коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешней p-областью - анодом. При включении динистора по схеме, приведенной на рис. 3.3,а, коллекторный p-n-переход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток (участок 7 на рис. 3.3, а).
Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению 1 включения ивкл. При напряжении ивкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на рис. 3.3,б). В n-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в p-области - избыточная концентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.
После перехода коллекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет вид, соответствующий прямой ветви диода (участок 4). После переключения напряжение на динисторе снижается до 1 В. Если и дальше увеличивать напряжение источника питания или уменьшать сопротивление резистора R, то будет наблюдаться рост выходного тока, как в обычной схеме с диодом при прямом включении.
Рис.3.3, Рис.3.4 Схемы включения тиристоров и их вольт-амперные характеристики.
При уменьшении напряжения источника питания восстанавливается высокое сопротивление коллекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода может составлять десятки микросекунд.
Напряжение Uвкл при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением не основных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к коллекторному переходу. Дополнительные носители заряда вводятся в тиристоре вспомогательным электродом, питаемым от независимого источника управляющего напряжения (Uупр). Тиристор со вспомогательным управляющим электродом называется триод-ным, или тринисторным. Схема включения тринистора показана на рис. 3.4. Возможность снижения напряжения U при росте тока управления, показывает семейство ВАХ.
Если к тиристору приложить напряжение питания, противоположной полярности (рис. 3.4), то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристора напоминает обратную ветвь характеристики обычного диода. При очень больших обратных напряжениях наблюдается необратимый пробой тиристора.
В отличие от рассмотренных несимметричных тиристоров в симметричных обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением пятислойных структур с четырьмя p-n-переходами.
Тиристоры имеют широкий диапазон применений (управляемые выпрямители, генераторы импульсов и др.), выпускаются с рабочими токами от долей ампера до тысяч ампер и с напряжениями включения от единиц до тысяч вольт.
Регулировка выходного напряжения выпрямителя может осуществляться разными способами. Регулируемый трансформатор или автотрансформатор, включенный в схему выпрямителя, дает возможность изменять амплитуду переменного напряжения, подводимого к вентилям, и тем самым устанавливать желаемое выпрямленное напряжение.
Однако такие трансформаторы громоздки и имеют малую надежность из-за переключаемых или скользящих контактов.
Регулировка постоянного напряжения на нагрузке, достигаемая делителем напряжения или реостатом, включенным между выходом выпрямителя и нагрузкой, связана с большими потерями мощности.
Свободным от этих недостатков является метод, основанный на управлении вентилями выпрямителя. В качестве управляемых вентилей в настоящее время широко применяют тиристоры.
Моментом включения тиристора можно управлять подавая управляющий импульс тока на n-р-переход, прилегающий к катоду.
При прохождении тока нагрузки через открытый тиристор все три его n-р-перехода смещены в прямом направлении и управляющий электрод перестает влиять на процессы, происходящие в тиристоре. При спадании прямого тока тиристора до нуля после рассасывания заряда неосновных носителей в базовых областях тиристор запирается и управляющие свойства восстанавливаются.
Рис.3.5 Схемы включения тиристора и его вольт-амперная характеристика.
В схеме, содержащей источник питания Е, тиристор VS и резистор нагрузки R (рис. 3.5, а), возможны два устойчивых состояния, одно из которых соответствует открытому, а второе - закрытому тиристору. Наложение характеристики цепи резистор - источник на характеристики тиристора (рис. 3.5, б) позволяет получить прямые токи отключенного (точка А и включенного (точка В) тиристора. Повышение напряжения источника от 0 до E при Iу=0 вызывает перемещение рабочей точки по нижней ветви характеристики до точки А. Если подать управляющий импульс тока амплитудой и длительностью, достаточной для поддержания этого тока на время открывания тристора, то рабочая точка перейдет в точку, соответствующую открытому состоянию тиристора.
Рис.3.6 Наложение характеристики цепи резистор - источник на характеристики тиристора
Спад открывающего импульса тока в цепи управления не влияет на процессы в открытом тиристоре, его рабочая точка остается в положении В. Восстановление управляющих свойств тиристора произойдет лишь при его обесточивании на время, большее времени его закрывания.
В открытом состоянии тиристор пропускает очень большие токи (до нескольких сотен ампер) и оказывает им малое сопротивление. В этом его преимущество. Применяя тиристоры, следует иметь в виду, что скачкообразное изменение сопротивления в момент открывания может привести к очень большим броскам тока. Особенно велики эти броски в тех схемах, где нагрузка R шунтируется конденсатором.
Зарядка конденсатора через открывшийся тиристор может вывести последний из строя. Поэтому для уменьшения бросков тока последовательно с тиристором включают дроссель. В выпрямительных схемах тиристоры лучше работают при активной нагрузке или при нагрузке, начинающейся с индуктивного элемента.
В управляемый выпрямитель тиристор вводят как обычный вентиль, а к его управляющему электроду подводят от цепи управления (ЦУ) импульсы, включающие тиристоры с запаздыванием на угол относительно выпрямляемого напряжения (рис. 3.6).
Через тиристор VS1, включающийся в момент, соответствующий t = на выход выпрямителя передается напряжение первой фазы вторичной обмотки e21. При t= напряжение e21 становится отрицательным, однако тиристор запереться не может, так как это привело бы к обрыву тока, проходящего через дроссель L. Индуктивность дросселя L выбирают большей критической, чем и поддерживают непрерывный ток. Поэтому в те моменты, когда e21 отрицательно, на дросселе L наводится ЭДС самоиндукции с полярностью и значением, обеспечивающими напряжение на катоде, меньше e21.
При t=+ открывается тиристор VS2, через который на выход передается напряжение e22, являющиеся на данном этапе положительным. Ток дросселя переходит на вторую фазу, а тиристор VS1 оказавшись обесточенным и смещенным в обратном направлении, запирается и т. д. Таким образом, напряжение на выходе выпрямителя e0 создается лишь теми частями напряжений вторичных полуобмоток E21 и E22, которые соответствуют открытому состоянию тиристоров.
Напряжение на нагрузке, получающееся почти равным постоянной составляющей напряжения e0, подводимого к фильтру LС, растет при уменьшении угла и спадает при его увеличении. Регулировка выпрямленного напряжения, достигаемая изменением фазы управляющих импульсов, не связана с гашением избытка мощности в самом регулируемом выпрямителе, что является основным его преимуществом.
Схемы выпрямления с тиристорами такие же, как обычных выпрямителей. Основное внимание далее уделяется двухфазным схемам выпрямителей.
Для простоты полагаем падение напряжения на открытом тиристоре много меньшим рис. 3.7 выпрямленного напряжения, а токи утечки (прямой ток при закрытом тиристоре и обратный ток при отрицательном напряжении) - малыми по сравнению с током нагрузки. Это позволит считать тиристор идеальным (прямое падение напряжения в режиме насыщения, прямой и обратный токи утечки, а также ток отключения в нем равны нулю). Такие упрощения не приведут к большой погрешности, так как ток через вентиль схемы определяется сопротивлением нагрузки, а не фазы. По этой же причине можем считать идеальными дроссель L и трансформатор, т. е. пренебречь индуктивностью рассеяния и активными сопротивлениями их обмоток.
Сначала рассмотрим одну первую фазу регулируемого выпрямителя (рис. 3.7). Нагрузку выпрямителя полагаем состоящей из дросселя L и конденсатора С, образующих фильтр, и активной нагрузки R, а выходное напряжение - постоянным и равным е0. Исходя из графика рис. 3.6 запишем
Здесь принято, что в силу идеальности трансформатора и вентиля напряжение e0 совпадает с ЭДС первой фазы трансформатора e21 в интервале
<t<+: (3.2)
e0=e21 (3.3.)
Падение напряжения на дросселе L равно разности напряжений e21 и E0, и, следовательно, его ток
Постоянную интегрирования определим из условия баланса постоянных токов. Среднее значение тока iL на интервале б+ должно быть равно току нагрузки.
Выпрямленное напряжение получается, если тиристор каждой из фаз открыт до тех пор, пока не вступит в работу следующая фаза. Однако это верно лишь в том случае, когда ток дросселя к моменту открывания вентиля следующей фазы положителен и напряжение, получаемое в момент включения с включающейся фазы, больше напряжения на конденсаторе. Последнее условие выполняется при а> 32,5°, что обеспечивает рост тока дросселя сразу после включения тиристора.
То ток в дросселе станет равным нулю раньше, чем откроется тиристор второй фазы. Как только ток станет равным нулю, тиристор обесточится и выключится. Такой режим не очень выгоден, так как связан с большими переменными составляющими токов тиристов и обмоток трансформатора. Поэтому чаще всего индукчивность дросселя L выбирают такой, чтобы при максимально возможном сопротивлении нагрузки удовлетворялось условие непрерывности тока.
В режиме непрерывного тока дросселя ток фазы приближается по форме к прямоугольной (рис. 3.8,а,б). Его действующее значение без учета пульсаций
Действующее значение тока первичной обмотки, в которую трансформируются, не перекрываясь во времени, токи двух фаз, получается в раз больше, чем тока nlr, т. е.
Рис.3.8 Ток дроселя.
По форме ток первичной обмотки в каждый из полупериодов повторяет ток фазы, равный току iL (рис. 3.8, в). Первая гармоника этого тока при малых пульсациях сдвинута на угол а. относительно напряжения на первичной обмотке.
Таким образом, при тиристорный выпрямитель потребляет от сети не только активный, но и реактивный ток. Это является недостатком такого выпрямителя.
Полный перепад пульсаций на выходном конденсаторе С найдем так же, как и при исследовании неуправляемого выпрямителя. В результате получим выражение:
Здесь коэффициент () является функцией угла .
Подводя итог, отметим следующие особенности схемы тиристорного регулируемого выпрямителя:
1)снижение выходного напряжения в теристорном выпрямителе достигается благодаря уменьшению отбора мощности от сети переменного тока; оно не связано с гашением значительной ее части в выпрямителе;
2)при регулировке выпрямитель потребляет не только активную, но и реактивную мощностью сети переменного тока;
3)при изменении угла регулирования от 0 до 0,5 выходное напряжение меняется от максимума до 0;
4)пульсация выпрямленного напряжения заметно возрастает с ростом угла регулирования;
4. Расчет управляемого выпрямителя на теристорах
Рис. 4.1 Принципиальная схема выпрямителя с индуктивной нагрузкой к примеру расчета.
В управляемом выпрямителе создаются значительные пульсации напряжения, для уменьшения которых обычно применяют многозвенный сглаживающий фильтр. Коэффициент пульсаций на входе фильтра зависит от угла регулирования :
где К = 1 для первой гармоники частоты пульсаций.
Для уменьшения коэффициента пульсаций можно применить коммутирующие диоды.
Пример. Исходные данные:
1. Пределы регулирования выпрямленного напряжения U'0 = 70100 В.
2. Сопротивление нагрузки Rн = 100 Ом =const, При регулировании ток нагрузки изменяется от I0max= U'0max/Rн = 100:
100 = 1 А до I0min= 70:100 = 0,7 А.
3. Коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке Кпвых = 0,2%.
4. Напряжение сети 220 В частоты 50 Гц.
Расчет:
1. Для сравнительно небольшой мощности Р0тах =U'0I0 = 100 * 1 = 100 Вт выбираем однофазную мостовую схему выпрямления с Г-образным LС-фильтром (рис. 4.2).
2. Основные параметры выпрямителя при максимальном выходном напряжении U'0 = 100 В, т. е. при б = 0
Uдр=0,1U'о =0,1x100=10 В при Р0=100 Вт; (4.2.)
U0=U'о+Uдр=100+10=110В; U2=1,11U0 =1,11x110=122В; (4.3.)
I2=0,707I0=0,707x1=0,707A; Kтр=U2/U1=122/220=0,555; (4.4.)
I1=IоKтр=1x0,555=0,555A; Pтип=1,11U0I0=1,11x110x1=122BA; (4.5.)
I0в=0,5I0=0,5x1=0,5A; ImB=I0=1A; (4.6.)
Uобр=1,57U0=1,57x100=173В; Kпвх=0,67(67%); (4.7)
Расчет цепи управления сводится к определению элементов фазосдвигающей цепи RC или LC (или расчету магнитного усилителя), выбору диодов Д3, Д6 и расчету трансформатора Тр2
Конденсатор С3 выбирается емкостью в десятки - сотни микрофарад при частоте сети 50 Гц. Выбираем два конденсатора типа К52-3 по 80 мкФ, включенные параллельно с рабочим напряжением Uраб = 90 В; U~mдоп = 35% Uраб = 0,35 x 90 = 31,5 В.
Для построения регулировочной характеристики задаются углом б0 = 10, 20, 30 и т, находят величину R3 табл. 6 значение U'0б- Результаты расчетов сведены в табл. 3.
Таблица 3 Характеристики угла а0.
|
б0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
46 |
|
|
Rз=1/щСtgц, Ом |
220 |
113 |
74 |
55 |
47 |
|
|
U'0б=U'0cosб, В |
98,5 |
94 |
06,6 |
76,6 |
70 |
Тринисторы КУ201Ж выбираем с запасом по току более чем вдвое, поэтому максимальное значение управляющего тока необходимо уменьшать до величины Iупрампл =0,09 А.
9. Выбираем резистор Rз = 270 Ом типа СП5-2ТА на 2 Вт.
Мощность, рассеиваемая резистором:
Выбираем ограничительные резисторы R1 = R2 = 11 Ом типа МЛТ-0,125:
Амплитуда переменного напряжения на половине вторичной обмотки трансформатора Тр2
Выбор диодов Д1, Д4 производится по току Iупрампл и напряжению U'~m Выбираем диоды типа Д202 (Uобр = 100 В; I0в = 0,4 А), у которых
Ri? Uпр/Iупр.ампл = 1: 0,09 = 11 Ом.
Уточняем амплитуду переменного напряжения:
U'~m=Iупр.ампл(R1+R3max+Ri)=0,09(11+270+11)=26,2В.
Затем проводится конструктивный расчет трансформатора Тр2 для данных:
В случае применения фазосдвигающей цепи LR3 задаются величиной L, дросселя и находят пределы изменения величины резистора R3 из выражения.
Если необходимы более широкие пределы регулирования напряжения, то помимо переменного резистора используют дроссель насыщения, Если регулирующим элементом служит магнитный усилитель, то проводятся выбор его магнитопровода и расчет его обмоток.
Максимальный КПД выпрямителя
Таблица 4 Коэффициент пульсаций.
|
Нагрузка |
Коэффициент пульсации Кп, % |
||
|
Анодные (коллекторные) цепи |
Сеточные (базовые) цепи |
||
|
1. Выходные каскады: |
|||
|
Радиотелеграфных передатчиков |
0,5-3 |
0,05-0,3 |
|
|
Радиотелефонных передатчиков |
0,05-0,1 |
0,01-0,05 |
|
|
Радиовещательных и телевизионных передатчиков |
0,02-0,05 |
0,01-0,05 |
|
|
2. Промежуточные каскады: |
|||
|
Радиотелеграфных передатчиков |
0,15-0,5 |
0,05-0,2 |
|
|
Радиотелефонных передатчиков |
0,02-0,1 |
0,01-0,1 |
|
|
Радиовещательных и телевизионных передатчиков |
0,01-0,05 |
0,01-0,05 |
|
|
3. Задающие генераторы (возбудители) передатчиков |
0,001-0,01 |
0,001-0,01 |
|
|
4. Мощные каскады усиления низкой частоты |
|||
|
Передатчиков и приемников (двухтактная схема) |
0,5-3 |
||
|
5. Усилители низкой частоты(однотактная схема) |
0,05-0,1 |
Таблица 5 Таблица расчета Uдр.
|
Pо,Ватт |
Uдр=Iо Rдр |
||
|
Fc=50 Гц V |
fc=400 Гц |
||
|
До 10 |
0,2 --0,15 |
0,08 --0,065 |
|
|
10--30 |
0,15 --0,12 |
0,065--0,05 |
|
|
30--100 |
0,12 --0,09 |
0,05--0,035 |
|
|
100--300 |
0,09 --0,06 |
0,035--0,025 |
|
|
300--1000 |
0,06 --0,045 |
0,025--0,018 |
|
|
1000--3000 |
0,045--0,03 |
0,018--0,012 |
|
|
3000--10 000 |
0,03 --0,02 |
0,012--0,009 |
Таблица 6 Параметры схемы выпрямления.
|
№ п/п |
Параметр |
Значения параметра в зависимости от схемы выпрямления |
|||||
|
Двухполу-периодная со средней точкой |
Однофазная мостовая |
Трехфазная |
Трехфазная мостовая |
||||
|
1 |
Действующее значение напряжения вторичной обмотки U2 |
2x1,11U0 |
1,11xU0 |
0,815U0 |
0,43U0 |
0,74U0 |
|
|
2 |
Действующий ток вторичной Обмотки I2 |
0,707I0 |
0,707 I0 |
0,58 I0 |
0,815 I0 |
0,47 I0 |
|
|
3 |
Действующий ток первичной обмотки I1 |
IoKтр |
IoKтр |
0,47 IoKтр |
0,815 IoKтр |
0,47 IoKтр |
|
|
4 |
Типовая мощность трансформатора Ртип |
1,34IоUо |
1,11 IоUо |
1,35 IоUо |
1,05 IоUо |
1,05 IоUо |
|
|
5 |
Подмагничивание трансформатора |
Нет |
Нет |
Есть |
Нет |
Нет |
|
|
6 |
Среднее значение тока вентиля Iов |
0,5 I0 |
0,5 I0 |
0,33 I0 |
0,33 I0 |
0,33 I0 |
|
|
7 |
Действующее значение тока вентиля Iв |
0,707 I0 |
0,707 I0 |
0,58 I0 |
0,58 I0 |
0,58 I0 |
|
|
8 |
Амплитудное значение тока вентиля Imв |
I0 |
I0 |
I0 |
I0 |
I0 |
|
|
9 |
Обратное напряжение на вентиле Uобрm |
3,14 |
1,57Uо |
2,09 Uо |
1,05 Uо |
1,05 Uо |
|
|
10 |
Число вентилей N |
2 |
4 |
3 |
6 |
6 |
|
|
11 |
Частота пульсаций fп |
2fc |
2fс |
3fс |
6fс |
6fс |
|
|
12 |
Расчетный коэффициент Кт |
7 |
5,2 |
6,6 |
2,5 |
7,6 |
|
|
13 |
Расчетный коэффициент КL |
5,5x10-3 |
6,4x10-3 |
3,3x10-3 |
10-3 |
3x10-3 |
|
|
14 |
Падение напряжения на ак- тивном сопротивлении ?UT трансформатора |
IоRтр |
IоRтр |
IоRтр |
2 IоRтр |
0,67 IоRтр |
|
|
15 |
Падение напряжения на реактивном сопротивлении трансформатора ?Ux |
2IоfсLs |
2 IоfсLs |
3 IоfсLs |
6 IоfсLs |
4 IоfсLs |
5. Экология
5.1 Защита от воздействия электромагнитного поля промышленной частоты
Влияние поля на здоровье людей. В процессе эксплуатации электроэнергетических установок - открытых распределительных устройств (ОРУ) и воздушных линий (ВЛ) электропередачи напряжением 400 кВ и выше - отмечено ухудшение состояния здоровья персонала, обслуживающего эти установки. Субъективно это выражается в ухудшении самочувствия работающих - повышенная утомляемость, вялость, головные боли, плохой сон, боли в сердце и т. п.
Специальные наблюдения и исследования, проводимые в Советском Союзе и за рубежом, позволили установить, что фактором, влияющим на здоровье обслуживающего персонала, является электромагнитное поле, возникающее в пространстве вокруг токоведущих частей действующих электроустановок. В электроустановках напряжением менее 400 кВ также возникают электромагнитные поля, но менее интенсивные и, как показывает длительный опыт эксплуатации таких установок, не оказывающие отрицательного влияния на биологические объекты.
Интенсивное электромагнитное поле промышленной частоты вызывает у работающих нарушение функционального состояния центральной нервной системы, сердечной деятельности и системы кровообращения. При этом наблюдаются повышенная утомляемость, снижение точности рабочих движений, изменение кровяного давления и пульса, возникновение болей в сердце, сопровождающихся сердцебиением и аритмией, и т. п.
Эффект воздействия электромагнитного поля на биологический объект принято оценивать количеством электромагнитной энергии, поглощаемой этим объектом при нахождении его в поле. Электромагнитное поле можно -рассматривать состоящим из двух полей: электрического и магнитного. Можно также считать, что в электроустановках электрическое поле возникает при наличии напряжения на токоведущих частях, а магнитное - при прохождении тока по этим частям.
При малых частотах, в том числе при 50 Гц, электрическое и магнитное поля практически не связаны между собой, поэтому их можно рассматривать отдельно друг от друга и также отдельно рассматривать влияние, оказываемое ими на биологический объект. Исходя из этого, определена поглощаемая телом человека энергия электрического и магнитного полей. При этом в любой точке электромагнитного поля, возникающего в электроустановках промышленной частоты, поглощенная телом человека энергия магнитного поля примерно в 50 раз меньше поглощенной им энергии электрического поля. Вместе с тем измерениями в реальных условиях установлено, что напряженность магнитного поля в рабочих зонах ОРУ и ВЛ напряжением до 750 кВ включительно не превышает 20 - 25 А/м, в то время как вредное действие магнитного поля на биологический объект проявляется при напряженности 150 - 200 А/м.
Это позволило сделать вывод, что отрицательное действие на организм человека электромагнитного поля в электроустановках промышленной частоты обусловлено электрическим полем; магнитное же поле оказывает незначительное биологическое действие и в практических условиях им можно пренебречь.
Электрическое поле электроустановок частотой 50 Гц можно рассматривать в каждый данный момент как электростатическое поле, т. е. применять к нему законы электростатики. Это поле создается между двумя электродами (телами), несущими заряды разных знаков, на которых начинаются и оканчиваются силовые линии.
Поле электроустановок является неравномерным, т. е. напряженность его изменяется вдоль силовых линий. Вместе с тем оно обычно несимметричное, поскольку возникает между электродами различной формы, например между токоведущей частью и землей или металлической заземленной конструкцией.
Поле воздушной линии электропередачи является, кроме того, плоскопараллельным, т.е. форма которого одинакова в параллельных плоскостях, называемых плоскостями поля. В данном случае плоскости поля перпендикулярны оси линии.
Процесс биологического действия электрического поля на организм человека изучен недостаточно. Предполагается, что нарушение регуляции физиологических функций организма - изменение кровяного давления, пульса, нарушение сердечного ритма - обусловлено воздействием поля на различные отделы нервной системы. При этом повышение возбудимости центральной нервной системы происходит за счет рефлекторного действия поля, а тормозной эффект вызывается прямым воздействием поля на структуры головного и спинного мозга. Считается, что кора головного мозга, а также промежуточный мозг особенно чувствительны к воздействию электрического поля.
Предполагается также, что основным материальным фактором, вызывающим такие изменения в организме, является индуцируемый в теле ток и в значительно меньшей мере - электрическое поле.
Наряду с биологическим действием электрическое поле обусловливает возникновение разрядов между человеком и металлическим предметом, имеющим иной потенциал, чем человек.
Если человек стоит непосредственно на земле или на токопроводящем заземленном основании, то потенциал его тела практически равен нулю, а если он изолирован от земли, то тело оказывается под некоторым потенциалом, достигающим иногда нескольких киловольт.
Очевидно, что прикосновение человека, изолированного от земли, к заземленному металлическому предмету, так же как и прикосновение человека, имеющего контакт с землей, к металлическому предмету, изолированному от земли, сопровождается прохождением через человека в землю разрядного тока, который может вызвать болезненные ощущения, особенно в первый момент. Часто прикосновение сопровождается искровым разрядом.
В случае прикосновения к изолированному от земли металлическому предмету большой протяженности (трубопровод, проволочная ограда на деревянных стойках и т. п.) или большого размера (например, крыша деревянного здания) ток через человека может достигать значений, опасных для жизни.
5.2 Защита от радиоактивных излучений
Защита от радиоактивных излучений состоит из комплекса организационных и технических мер, осуществляемых экранированием источников излучения или рабочих мест, удалением источников от рабочих мест и сокращением времени облучения. Доза облучения D тем меньше, чем меньше время облучения t и чем больше расстояние от источника облучения до работающего r :
D=IMt/r2, (5.1)
где I--ионизационная постоянная данного радиоактивного изотопа, Р/(мКи-ч/см2); М--активность источника излучения, мКи.
Организационные меры определяются детальным анализом условий работы. Для проведения работ по возможности следует выбирать радиоактивные изотопы с меньшими периодами полураспада и энергией, дающими меньший уровень активности отходов. Применение приборов большей точности также дает возможность применять меньшие активности. На предприятиях составляются подробные инструкции, в которых указываются порядок и правила проведения работ, обеспечивающие безопасность. Специальные герметические хранилища радиоактивных изотопа обеспечивают защиту от излучения. Открытые источники излучения и все облучаемые предметы должны находиться в строго ограниченной зоне, пребывание в которой персонала разрешается только в особых случаях и минимальное время. На контейнеры, оборудование, двери помещений и другие места наносится предупредительный знак радиационной опасности.
Рис. 5.1 Знак радиационной опасности
Предупреждение профессиональных заболеваний обеспечивается медицинским контролем за состоянием здоровья и неприемом на работу лиц, страдающих заболеваниями внутренних органов, поражаемых излучением.
Технические меры защиты заключаются в экранировании, при помощи которого можно снизить облучение на рабочем месте до любого заданного уровня. В основе защитного экранирования лежит определение материала и необходимой толщины экрана для поглощения излучения.
Для а-частиц, имеющих небольшую длину пробега, слой воздуха в несколько сантиметров, одежда, резиновые перчатки являются достаточной защитой. Для защиты от Р-частиц для экранов применяют материалы с небольшим атомным номером (алюминий, плексиглас). Для защиты от Р-частиц высоких энергий используют экраны из свинца с внутренней облицовкой из материалов с малым атомным номером, так как при прохождении Р-частиц через вещество происходит не только ионизация и возбуждение атомов, но и возникает тормозное излучение в виде рентгеновских или гамма-излучений.
Толщину защитного экрана d от -частиц рассчитывают по формуле
d=l/ (5.2)
где - длина пробега частиц, г/см2 (1 г/см2 характеризует слой вещества, имеющий массу 1 г при сечении 1 см2); - плотность вещества экрана, г/см3.
Гамма-излучение хорошо поглощается элементами с высоким атомным номером и высокой плотностью (свинец, вольфрам).
Расчет экранов для защиты от гамма-излучений можно провести по формулам, справочникам и номограммам. При этом следует иметь в виду, что ослабление интенсивности потока зависит от его геометрических данных - узкий или широкий пучок. Ослабление потока гамма-излучений от точечного источника происходит по экспоненциальному закону
Id=Ie-d (5.3)
где Id -интенсивность потока, ослабленного слоем вещества, толщиной d, см; I - начальная интенсивность потока; в - линейный коэффициент ослабления 1 см-1 для узкого пучка монохрoматического излучения.
На практике определяют толщину поглотителя, необходимую для ослабления интенсивности потока в любое число раз, по номограмме (рис. 5.2).
Рис.5.2 График прохождения излучения.
Защитные экраны могут быть стационарные, передвижные, разборные, настольные. Однако такие экраны экранируют лишь ту сторону, которая обращена к работающему и не защищают от рассеянного излучения. Более совершенной защитой является применение вытяжных шкафов, камер и боксов, оборудованых шпаговыми манипуляторами, приточно-вытяжной вентиляцией и душевым устройством для облива внутренней поверхности камеры.
Средства индивидуальной защиты дополняют основные меры защиты. Они предохраняют от попадания радиоактивных загрязнений на кожу и внутрь организма, защищают от а-частиц и по возможности от в-частиц. От у-частиц и нейтронного излучения индивидуальные защитные средства, как правило, не защищают. В зависимости от активности изотопов в качестве спецодежды используются хлопчатобумажные халаты, шапочки, резиновые перчатки или хлорвиниловые комбинезоны, ботинки, очки, респираторы или специальные пластикатовые пневматические костюмы с принудительной подачей в них воздуха. Материалы, применяемые для средств индивидуальной защиты, должны легко дезактивироваться.
6. Охрана труда
6.1 Санитарные нормы для производственных и вспомогательных помещений
Выбор типа производственного помещения определяется технологическим процессом, возможностью борьбы с шумом, вибрациями и загрязнением воздуха. Наличие больших оконных проемов и фонарей должно обеспечивать хорошую естественную освещенность. В помещении обязательно устройство вентиляции.
Объем и площадь производственного помещения, которые должны приходиться на каждого работающего по санитарным нормам, должны быть не менее 15 м3 и 4,5 м2 соответственно. Высота производственных помещений не должна быть менее 3,2 м. Стены и потолки необходимо сооружать из малотеплопроводных материалов, не задерживающих осаждение пыли. Полы должны быть теплыми, эластичными, ровными и нескользкими. Если работы связаны с применением ядовитых веществ (например, цианистые соли, ртуть, свинец), то к внутренней отделке предъявляются специальные требования.
В помещениях с большим выделением пыли (шлифование, размол) следует предусматривать уборку помещений при помощи пылесосов или гидросмыва. Полы не должны, пропускать в помещение грунтовых вод, вредных газов. В помещениях, где рабочие места обслуживаются стоя, полы должны быть малотеплопроводными. При необходимости допускаются полы со значительной теплопроводностью (бетонные, керамические), но при условии укладки на пол на рабочих местах деревянных щитов или теплоизолирующих ковриков. В помещениях, где применяются агрессивные и вредные вещества, полы изготовляются из материалов, устойчивых в отношении химического действия этих веществ (например, метлахская плитка) и не допускающих их сорбции. Для отведения пролитых на пол агрессивных и вредных жидкостей предусматриваются стоки в канализацию.
К вспомогательным помещениям электростанций и подстанций относятся административно-конторские и санитарно-бытовые помещения, помещения общественных организаций, здравпункты, пункты питания. Вспомогательные помещения, как правило, следует размещать в пристройках к производственным зданиям или в отдельно стоящих зданиях. В некоторых случаях вспомогательные помещения допускается размещать внутри производственных зданий, если этому не препятствует характер производственных процессов, санитарно-гигиенические требования и принятые конструктивные решения.
При устройстве бытовых помещений (гардеробные, души, уборные и т. п.) в отдельных зданиях они должны соединяться с производственными зданиями отапливаемыми переходами.
Высота этажей вспомогательных помещений должна быть 3,3 м. Высоту бытовых и административно-конторских помещений, расположенных в производственных зданиях (например, на антресолях), допускается принимать не менее 2,5 м от пола до потолка и не менее 2,2 м от пола до низа выступающих конструкций.
6.2 Организация рабочего места на электростанциях и в электрических сетях
Рабочее место - это зона приложения труда определенного работника или группы работников (бригады). Организация рабочего места заключается в выполнении ряда мероприятий, обеспечивающих рациональный и безопасный трудовой процесс и эффективное использование орудий и предметов труда, что повышает производительность и способствует снижению утомляемости работающих.
Правильный выбор рабочей позы (с возможностью ее перемены) исключает или сводит к минимуму вредное влияние выполняемой работы на организм человека. Руки рабочего (оператора), находящегося в позе «стоя» или «сидя», совершают движения в пределах определенной максимальной зоны. Чтобы эти движения были экономными, без излишнего напряжения, для рук рекомендуется определенная рабочая зона, в пределах которой и следует размещать органы управления производственным оборудованием (например, станком, рукоятками и рычагами грузоподъемной» машины, ключами и кнопками управления электрическими аппаратами и машинами и др.
Удобное и рациональное расположение материалов, инструментов и приспособлений позволяет исключить лишние движения. Инструменты и обрабатываемые материалы и изделия следует располагать на рабочем месте с учетом их применения: более часто употребляемые предметы размещаются в оптимальной рабочей зоне достигаемости рук без наклонов туловища; редко употребляемые в более отдаленной зоне. Этот принцип применим и к технической документации оперативного (дежурного) персонала электростанций и подстанций. Дежурный у щита управления периодически делает записи в различные ведомости и журналы, которые находятся у него на столе пульта (щита) управления.
Таким образом, при организации рабочего места необходимо выполнять требования эргономики, т. е. учитывать все факторы, влияющие на эффективность действий человека-оператора при обеспечении безопасных приемов его работы.
Среди мероприятий, направленных на создание рациональных условий трудового процесса, важное значение имеет режим труда и отдыха. Особенно это относится к работе производственного персонала, выполняющего однообразную работу на станках с ручным управлением (штамповка, резка металла, сверление и др.).
Четкий ритм труда обусловливает нормальное функционирование организма человека в процессе работы с минимальной затратой нервной и мышечной энергии. Ритмичный труд менее утомителен и обеспечивает большую безопасность труда. Все нарушения трудового ритма в течение рабочего дня (организационные неполадки, отсутствие нужных деталей, инструментов, технической документации и др.) ведут к снижению работоспособности и к быстрой утомляемости.
6.3 Освещение рабочего места
Неправильная эксплуатация так же, как и ошибки, допущенные при проектировании и устройстве осветительных установок в пожаро- и взрывоопасных цехах (неправильный выбор светильников, проводов), могут привести к взрыву, пожару и несчастным случаям. Кроме того, при неудовлетворительном освещении снижается производительность труда и увеличивается брак продукции.
Нормирование естественного освещения производится при помощи коэффициента естественной освещенности или сокращенно КЕО:
е=(Ев/Ен)100%, (6.1)
где е - коэффициент естественной освещенности, %; Ев - освещенность внутри помещения, лк; Ен -одновременная освещенность рассеянным светом снаружи, лк.
Освещенность помещения естественным светом характеризуется коэффициентами естественной освещенности ряда точек, расположенных в пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и горизонтальной плоскости, находящейся на 1 м над уровнем пола и принимаемой за условную рабочую поверхность (рис. 6.1).
Минимальный КЕО в зависимости от точности работы при верхнем и комбинированном освещении нормируется в пределах от 10 до 2, а при одном боковом освещении в мин - от 3,5 до 0,5.
Если работа связана с повышенной опасностью травматизма, размещением деталей на движущихся поверхностях, если напряженная зрительная работа производится непрерывно в течение рабочего дня или различаемые объекты расположены от глаз далее чем на 0,5 м, нормы освещенности повышаются на одну ступень согласно специальной шкале освещенностей. Так, в указанных случаях наибольшая освещенность для зрительной работы 1а может быть повышена до 6000 и даже до 7500 лк.
Бесперебойность действия осветительной установки обеспечивается устройством трех видов освещения: рабочего, аварийного и освещения безопасности (эвакуационного).
* Рабочее освещение предназначено для создания необходимых условий работы и нормальной эксплуатации здания или территории. При погасании рабочего освещения временное продолжение работы обеспечивается аварийным освещением.
* Аварийное освещение предусматривается в тех случаях, если погасание рабочего освещения может вызвать: взрыв, пожар, отравление людей, длительное нарушение технологического процесса, нарушение работы таких объектов, как электрические станции, узлы радиопередачи и связи и т. п.
Светильники такого освещения должны создавать на рабочих поверхностях 5% освещенности, нормированной для данного вида работ при системе общего освещения, но не менее 5 лк при газоразрядных лампах и 2 лк - при лампах накаливания.
* Питание светильников аварийного освещения осуществляется от независимого источника электроэнергии, напряжение на котором сохраняется при исчезновении его на других источниках (трансформаторы, питаемые от двух электростанций, генераторы с самостоятельным первичным двигателем, аккумуляторные батареи).
Выполнение аварийного освещения возможно двумя способами: из числа светильников общего освещения небольшая часть выделяется для аварийного освещения либо для него устанавливаются дополнительные светильники. В обоих случаях в светильниках аварийного освещения допускается применение ламп накаливания; люминесцентные лампы допускаются при температуре окружающей среды, не ниже +10°С и уровне напряжения не менее 90% номинального.
Освещение безопасности (эвакуационное) предусматривается в производственных помещениях при наличии опасности возникновения травматизма для эвакуации людей из помещения. Светильники такого освещения должны обеспечивать по линии основных проходов в помещениях освещенность не менее 0,5 лк, которая позволяет отключить силовое оборудование, прекратить работу и если это необходимо, покинуть рабочее помещение. Система освещения безопасности питается от электрических сетей, независимых от сетей рабочего освещения, начиная от шин подстанций.
6.4 Электробезопасность
Электроустановками называются установки, в которых производится, преобразуется, распределяется и потребляется электроэнергия. В различных электроустановках имеется различная опасность поражения людей электрическим током, так как параметры электроэнергии, условия эксплуатации электрооборудования и характер среды помещений, в которых оно установлено, весьма разнообразны. Комплекс защитных мер должен соответствовать виду электроустановки и условиям применения электрооборудования, обеспечивая достаточную безопасность.
В электроустановках применяются следующие технические защитные меры: применение малых напряжений; электрическое разделение сетей; защита от опасности при переходе напряжения с высшей стороны на низшую; контроль и профилактика повреждений изоляции; компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю; защита от случайного прикосновения к токоведущим частям; защитное заземление; зануление; защитное отключение; применение электрозащитных средств.
Применение этих защитных мер регламентируется ПУЭ, ПТЭ, ПТБ и другими правилами.
До начала работы и в процессе ее выполнения необходимо выполнять организационные и технические мероприятия, обеспечивающие безопасность труда.
Подобные документы
Разработка и проектирование принципиальной схемы вторичного источника питания. Расчет вторичного источника питания, питающегося от сети переменного тока, для получения напряжений постоянного и переменного тока. Анализ спроектированного устройства на ЭВМ.
курсовая работа [137,3 K], добавлен 27.08.2010Анализ основных методов расчёта линейных электрических цепей постоянного тока. Определение параметров четырёхполюсников различных схем и их свойства. Расчет электрической цепи синусоидального тока сосредоточенными параметрами при установившемся режиме.
курсовая работа [432,3 K], добавлен 03.08.2017Роль преобразовательной техники в народном хозяйстве. Преобразователи переменного тока в постоянный без изменений параметров. Преобразователи постоянного тока в переменный, кондиционеры электроэнергии. Функциональные классы преобразовательной техники.
реферат [1,0 M], добавлен 22.12.2013Разночастотное преобразование переменного тока с помощью преобразователя частоты. Типовые схемы высоковольтных преобразователей частоты. Специальные машины постоянного тока (МПТ): электромашинный усилитель (ЭМЦ), тахогенератор, назначение и устройство.
лекция [948,9 K], добавлен 20.01.2010Изучение работы усилителей постоянного тока на транзисторах и интегральных микросхемах. Определение коэффициента усиления по напряжению. Амплитудная характеристика усилителя. Зависимость выходного напряжения от напряжения питания сети для усилителя тока.
лабораторная работа [3,3 M], добавлен 31.08.2013Методы измерения тока и напряжения. Проектирование цифрового измерителя мощности постоянного тока. Выбор элементной базы устройства согласно схеме электрической принципиальной, способа установки элементов. Расчет экономической эффективности устройства.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.07.2011Измерение постоянного тока, расчет сопротивления шунта, определение погрешности измерения. Теоретические сведения. Параметры магнитоэлектрического прибора. Конcтруирование магнитоэлектрического прибора. Проверка миллиамперметра.
лабораторная работа [9,0 K], добавлен 10.06.2007Краткий обзор коммутационных устройств ручного управления. Разработка кнопки для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока низкой частоты: определение контактного усилия, переходного сопротивления и температур локального перегрева.
контрольная работа [39,8 K], добавлен 29.08.2010Ознакомление с конструкцией и принципом действия генератора постоянного тока с параллельным возбуждением. Экспериментальное измерение тока и напряжения якорной обмотки устройства. Построение внешней, регулировочной и нагрузочной характеристик генератора.
лабораторная работа [242,0 K], добавлен 17.02.2012Разработка регулируемого выпрямителя тиристорного электропривода постоянного тока. Принцип работы и устройство тиристорного электропривода. Расчет трудовых затрат и себестоимости изготовления устройства. Защита выпрямителя от перегрузки по напряжению.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 25.03.2019
