Силовые полупроводниковые приборы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Раздел 1. Обоснование способа и силовой схемы регулирования выпрямленного напряжения

Раздел 2. Расчет параметров управляемого выпрямителя и выбор типа силовых полупроводниковых приборов

Раздел 3. Анализ работы управляемого выпрямителя методом временных диаграмм

Заключение

Список литературы

Введение

В электродвигателях постоянного тока с независимым возбуждением применяется однозонное и двухзонное регулирование частоты вращения. Однозонное регулирование обеспечивается изменением напряжения на обмотке якоря электродвигателя, а двухзонное - изменением тока обмотки возбуждения. Характерными особенностями обмоток возбуждения двигателей постоянного тока является более высокая (относительно якоря) постоянная времени, небольшая потребляемая мощность и небольшой диапазон изменения тока возбуждения. Потребляемая мощность составляет десятые доли - единицы процента от номинальной мощности электродвигателя, а диапазон регулирования тока возбуждения не превышает 10. В связи с этим для регулирования тока возбуждения чаще всего применяются нереверсивные однофазные УВ. Большая постоянная времени обмотки возбуждения и малый диапазон регулирования тока возбуждения приводят к тому, что УВ работают в области непрерывных токов.

Основными элементами УВ являются силовые полупроводниковые приборы (СПП) и система импульсно-фазового управления (СИФУ).

Исходные данные:

Вариант индивидуального задания № 24;

Силовая схема: рисунок 1, б;

Параметры нагрузки в цепи выпрямленного тока , R = 22 Ом;

Диапазон регулирования тока нагрузки ;

Эффективное значение напряжения питающей сети , частота ;

Для управления работой СПП применяется система импульсно-фазового управления (СИФУ).

Раздел 1. Обоснование способа и силовой схемы регулирования выпрямленного напряжения

Описываемый УВ предназначен для регулирования тока возбуждения двигателя постоянного тока и, следовательно, для регулирования частоты его вращения вверх от номинальной. напряжение выпрямитель силовой

На схеме (Рисунок 1, б) приведены: Т - силовой трансформатор, VS1, VS2 - тиристоры, СИФУ - система импульсно-фазового управления, VD1 - нулевой диод и LM1 - обмотка возбуждения. Точками на первичной и вторичной обмотках трансформатора показаны их одноименные выводы (начало или конец).

Трансформатор Т 1 служит для получения требуемого действующего значения переменного напряжения на вторичной обмотке, определяющего максимальное значение напряжения на обмотке возбуждения LM1, а также для гальванической развязки между сетью и нагрузкой. Тиристоры VS1, VS2 служат для выпрямления и регулирования среднего (за период) значения выпрямленного напряжения на обмотке возбуждения LM1. СИФУ управляет работой тиристора VS1 и VS2. Нулевой диод VD1 предназначен для увеличения среднего значения выпрямленного напряжения и тока обмотки возбуждения, а также для устранения отрицательных выбросов напряжения на обмотке возбуждения LM1 и катоде тиристора (относительно анода) в момент его запирания.

Катушка LM1 обладает индуктивным сопротивлением, поэтому считаем, что ток в катушке идеально сглажен.

Работа схемы описывается в установившемся режиме на отдельных интервалах.

Рисунок 2 - Временные диаграммы к схеме на рис. 1, б.

Рассмотрим работу управляемого выпрямителя на отдельных интервалах:

Интервал 0 ? х < б.

На этом интервале тиристоры VS1 и VS2 закрыты, ток тиристора iVS(х) и напряжение на нагрузке uн(х) практически равны нулю, а напряжение на аноде тиристора равно сетевому напряжению

uVS(х) = uc(х).

Интервал б ? х < р.

При х = б на управляющий электрод тиристора VS1 подается управляющий импульс uу и тиристор открывается. При этом ток анода тиристора

iVS(х) = iн(х)

практически мгновенно возрастает и оказывается больше тока выключения, поэтому после окончания управляющего импульса тиристор удерживается в открытом состоянии.

На этом интервале тиристор открыт, падение напряжения на тиристоре uVS(х) практически равно нулю, напряжение на нагрузке практически равно сетевому напряжению -

uн(х) = uc(х), а ток нагрузки - iн(х) = uн(х)/Rн.

При х ? р ток анода тиристора оказывается меньше тока выключения и тиристор VS1 закрывается.

Интервал р ? х < р + б.

На этом интервале тиристор VS1 закрыт, ток нагрузки начинает протекать через нулевой диод VD1.

Интервал р + б ? х < 2р.

При достижении точки б ток нагрузки начинает протекать через открывшийся тиристор VS2. При достижении точки 2р, тиристор VS2 закрывается, и ток нагрузки начинает протекать через нулевой диод VD1.

На интервалах 2р ? х < 4р; 4р ? х < 6р; …, 2iр ? х < 2(i+1)р, где i = 3, 4, 5,..., работа схемы идентична работе на интервале 0 ? х < 2р.

Раздел 2. Расчет параметров управляемого выпрямителя и выбор типа силовых полупроводниковых приборов

Максимальное , номинальное и минимальное средние значения токов обмотки возбуждения находятся по формулам:

Рассчитаем отношения и , для дальнейшего расчета угла регулирования СИФУ:

Максимально возможное значение угла регулирования СИФУ с учетом возможного повышения напряжения питающей сети на 15% определяется из выражения:

Номинальное значение угла регулирования СИФУ определяется из выражения:

Минимальное значение угла регулирования СИФУ равно 0 (

Максимальный диапазон угла регулирования СИФУ вычисляется по формуле:

По формуле определим требуемое действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора исходя из величины максимального, номинального и минимального напряжения на обмотке возбуждения 220 В:

При заданном напряжении питающей сети U1 для получения необходимого значения U2, обеспечивающего минимальное значение напряжения на обмотке возбуждения, трансформатор должен иметь коэффициент трансформации kтp, который определяется из выражения:

з - коэффициент полезного действия трансформатора (з ? 0,98);

kc1 - коэффициент, учитывающий возможное понижение напряжения сети на 10% (kc1 = 0,9).

Кривые зависимостей средних значений напряжения на обмотке возбуждения ULM (регулировочная характеристика), тока обмотки возбуждения ILM, тока тиристоров IVS и тока диода IVD от угла регулирования б рассчитываются по формулам:

Расчеты по формулам проведены при максимальном диапазоне изменения угла регулирования 0 < б < р (р рад. соответствует 180°) с шагом 10° (р/18 рад.). Результаты расчетов сведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Результаты расчетов

По результатам расчетов построены кривые зависимостей, приведенные на рис. 3 и рис. 4.

Расчетное значение максимального среднего значения тока нагрузки за период определяется из выражения:

где kзi = 1,3 - коэффициент запаса по току;

kф = 0,9 - коэффициент, учитывающий несинусоидальность кривой тока;

kохл = 2,5 - коэффициент, учитывающий условия охлаждения тиристоров (при стандартном радиаторе, воздушном охлаждении и скорости охлаждающего воздуха Vохл = 0);

ILMмакс = 11,5 А - определено из предыдущих расчетов.

Максимальное значение напряжения на тиристоре определяется из выражения:

где = 0,9·= 253 В - максимальное значение напряжения на обмотке возбуждения.

Расчетное значение повторяющегося напряжения Uпр определяется по формуле:

,

где kзu = 1,5 - коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное перенапряжение на тиристорах;

kс 2 = 1,15 - коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения сети переменного тока.

Выбор тиристора

Согласно справочнику Чебовского О.Г. И др., Силовые полупроводниковые приборы, выбираем тиристор Т 142-40. Параметры тиристора приведены в табл. 2.

Таблица 2 - параметры тиристора Т 142-40

Раздел 3. Анализ работы управляемого выпрямителя методом временных диаграмм

По результатам расчетов приведенных в табл. 1, построим кривые зависимостей, приведенные на рис. 3 и рис. 4.

Рисунок 3 - Регулировочная характеристика УВ

На данном графике мы видим зависимость падения напряжения от угла б - угла регулирования СИФУ, которая соответствует методическим указаниям и исходным данным.

Рисунок 4 - Кривые зависимостей средних значений токов нагрузки (1), диода (2) и тиристора (3) от угла регулирования б.

Заключение

В данном курсовом проекте было дано описание принципа регулирования скорости двигателя постоянного тока при параллельном возбуждении (с соответствующими схемами, формулами и графиками зависимостей).

Мною был выполнен расчёт параметров заданного УВ. В качестве регулирующих элементов в УВ используются управляемые СПП - тиристоры. Наряду с тиристорами в УВ в качестве выпрямляющих элементов могут применяться неуправляемые СПП - диоды. Указанные СПП работают в УВ в ключевом режиме.

Список литературы

1. Бурков А.Т. Электроника и преобразовательная техника: учебник: в 2 т. - М.: ФГБОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2015.

2. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. - М.: Изд. Стандартов, 1989. - 325 с.

3. Замятин В.Я., Кондратьев Б.В., Петухов В.М. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987. - 576 с.

4. Тиристоры: Справочник / О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев. - М.: Радио и связь, 1990. - 272 с.

5. Чебовский А.Г., Моисеев Л.Г., Сахаров Ю.В. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. М., Энергия, 1975. - 511 с.

6. Диоды: Справочник / О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев. - М.: Радио и связь, 1990. - 336 с.

7. Промышленная электроника: Учебник для вузов. - М.: Высш. школа, 1982. - 496 с.

Размещено на Allbest.ru