Проектирование двенадцатипульсного составного управляемого выпрямителя с параллельным включением вентилей

Расчет элементов управляемого выпрямителя с параллельным включением вентилей, системы импульсно-фазового управления на операционных усилителях, источника ее питания. Проектировка принципиальной электрической схемы управления реверсивного выпрямителя.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 31.01.2011
Размер файла 497,9 K

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.

Министерство науки и образования Украины

Донбасская государственная машиностроительная академия

Кафедра автоматизации производственных процессов

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

«Электроника и микросхемотехника»

Спроектировать двенадцатипульсный составной управляемый выпрямитель с параллельным включением вентилей

г.Краматорск

2005

Исходные данные

Силовая схема выпрямителя:

- номер рисунка: 1.8.б

- напряжение питания: Uc=660В

- напряжение на нагрузке: Ucp=260В

- ток нагрузки: Icp=80А

- глубина регулирования: Д=25

- рекомендуемая схема СИФУ: рис. 1.16

Реферат

Курсовая работа содержит 26 страниц, 11 иллюстраций, 1 приложение и 1 чертеж (принципиальная электрическая схема управляемого выпрямителя в сборе).

Объектом разработки является двенадцатипульсный составной управляемый выпрямитель с параллельным включением вентилей.

Целью курсовой работы является расчет элементов управляемого выпрямителя, системы импульсно-фазового управления на операционных усилителях, источника питания СИФУ, а так же проектировка принципиальной электрической схемы управления реверсивного выпрямителя.

Проектирование управляемого выпрямителя предполагает проектировку сначала силовой части (вентильного выпрямителя), а затем системы управления выпрямителем (СИФУ и источника питания).

Т.к. в выпрямителе используется 12 тиристоров, то для управления каждым предназначается многоканальная система импульсно-фазового регулирования. Функциональные схемы СИФУ одинаковы, но отличаются фазами синхронизирующих напряжений (они сдвинуты на 120 градусов так же, как и в соответствующих анодных цепях тиристоров).

Источником питания каждой СИФУ является параметрический стабилизатор напряжения. Спроектированная принципиальная схема управления выпрямителем требует больших аппаратных затрат, однако проста в сборке, управлении и наладке, предполагает возможность модификации, а так же обладает высокой надёжностью в работе, может применяться в различных областях.

Ключевые слова:

схема, выпрямитель, диод, тиристор, оптопара, СИФУ, стабилизатор.

Содержание

  • 1. Расчет схемы управляемого выпрямителя
    • 1.1 Выбор схемы и расчет основных параметров выпрямителя
  • 1.2 Основные параметры выпрямителя в управляемом режиме
    • 1.3 Выбор элементов управляемого выпрямителя
  • 1.4 Расчет регулировочной характеристики управляемого выпрямителя
    • 1.4 Выбор защиты тиристоров от перегрузок по току и напряжению
  • 2. Проектирование СИФУ
    • 2.1 Расчет параметров пусковых импульсов
    • 2.2 Расчет цепи управления тиристорами
    • 2.3 Расчет выходного каскада СИФУ
    • 2.4 Расчет входного каскада СИФУ
    • 2.6 Расчет разделительной цепи
    • 2.7 Расчет схемы сравнения
    • 2.8 Расчет схемы подавления помех
    • 3. Расчет источника питания
    • 3.1 Выбор схемы и расчет основных параметров источника питания
    • 3.2 Расчет однофазного мостового выпрямителя и трансформатора
    • 4. Моделирование силовой части
  • Выводы
  • Приложение А
  • Список литературы
  • Введение
  • Цель данной курсовой работы -- спроектировать управляемый выпрямитель и систему импульсно-фазового управления для него.
  • Выпрямитель -- устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. Он состоит из трансформатора, преобразующего напряжение питающей цепи в требуемое по величине; вентильного блока, преобразующего переменное напряжение в пульсирующее; сглаживающего фильтра, уменьшающего (сглаживающего) пульсации выпрямленного напряжения до требуемой для нормальной работы потребителя величины. В данной курсовой работе рассматривается трехфазный полностью управляемый выпрямитель, построенный на использовании управляемых вентилей (тиристоров), и представляющий собой параллельное соединение двух трехфазных выпрямителей. В таком выпрямителе используется трансформатор с тремя обмотками. Вторичных обмоток две: одна соединяется звездой, а вторая -- треугольником. Сглаживающие фильтры выполнены на основе дросселей.
  • Для управления тиристорами, использующимися в данном выпрямителе, используется система импульсно-фазового управления. Такой способ управления мощными тиристорами в настоящее время считается наиболее приемлемым. Суть способа состоит во включении запертых тиристоров почти положительными прямоугольными импульсами, подаваемыми на управляющий электрод тиристора сдвинутыми по фазе на угол б относительно момента естественного включения неуправляемых вентилей. Таким образом, основной задачей системы импульсно-фазового управления является преобразование входного регулирующего напряжения в соответствующий угол регулирования б (т.е. угол открытия тиристоров). Так как в данном выпрямителе используется 12 тиристоров, то для управления ими используется многоканальная система импульсно-фазового управления. При этом схемы всех каналов одинаковы и отличаются только фазами синхронизирующих напряжений, которые сдвинуты по фазе относительно друг друга, как и в соответствующих анодных цепях тиристоров. Каждое напряжение синхронизации синхронизирует начало рабочего интервала изменений угла б с точкой 0 естественного включения соответствующего тиристора.
  • Для питания схемы системы импульсно-фазового управления используется стабилизированный источник питания с CRC-фильтром.

1. Расчет схемы управляемого выпрямителя

1.1 Выбор схемы и расчет основных параметров выпрямителя

В соответствии с заданием принимаем схему двенадцатипульсного составного управляемого выпрямителя с параллельным включением вентилей.

Рис.1.1 -- Двенадцатипульсный составной управляемый выпрямитель с параллельным включением вентилей

В начале расчет проводим в неуправляемом режиме, т.е. при . В связи с тем, что напряжение сети может колебаться в пределах , определим величины выпрямленных напряжений на нагрузке:

где выпрямленное напряжение на нагрузке при нормальном напряжении сети;

выпрямленное напряжение при повышенном напряжении сети.

Из прил.2 определяем:

-- максимальное обратное напряжение на тиристорах;

-- среднее значение тока тиристора.

Определяем активное сопротивление фазы трансформатора:

,

где

-- коэффициент, зависящий от схемы выпрямления

B -- магнитная индукция в магнитопроводе

S -- число стержней магнитопровода для трансформаторов

Определяем индуктивность рассеяния обмоток трансформатора:

,

где .

Определяем напряжение холостого хода с учетом сопротивления фазы трансформатора и падения напряжения на дросселе :

где -- число пульсаций в кривой выпрямленного напряжения за период сети.

-- падение напряжения на тиристорах;

-- падение напряжения на дросселях; .

Напряжение на вторичных обмотках трансформатора .

Действительный ток вторичной обмотки .

Коэффициент трансформации для обмоток «треугольник-треугольник» коэффициент трансформации для обмоток «треугольник-звезда» тогда действительный ток первичной обмотки трансформатора

Действительное значение тока тиристора

Типовая мощность трансформатора:

Определяем угол коммутации:

.

Определяем минимально допустимую индуктивность дросселя фильтра:

.

Внутреннее сопротивление выпрямителя:

.

КПД выпрямителя:

-- коэффициент полезного действия трансформатора;

-- потери мощности на выпрямительных диодах;

N -- число тиристоров в схеме.

1.2 Основные параметры выпрямителя в управляемом режиме

Определяем максимальный и минимальный углы регулирования:

Минимальное напряжение на нагрузке

В управляемом режиме работы выпрямителя находим:

Минимальный и максимальный углы проводимости тиристоров:

Ток в тиристоре

Максимальное обратное напряжение

1.3 Выбор элементов управляемого выпрямителя

Тиристоры выбираем по : тиристор Т242-80-8 и типовой охладитель М-6А.

1.4 Расчет регулировочной характеристики управляемого выпрямителя

Общая расчетная формула для всего семейства нагрузочных характеристик:

Рис.1.2 -- Регулировочная характеристика выпрямителя

1.4 Выбор защиты тиристоров от перегрузок по току и напряжению

Для защиты тиристоров от перегрузок используем быстродействующие плавкие предохранители. Достаточно поставить два предохранителя в первичной обмотке для обеспечения защиты.

Ток плавкой вставки:

Выбираем плавкую вставку ПНБ-5-380/100.

Для ослабления перенапряжений используем -цепочки, которые включаются параллельно тиристору. Такая цепочка совместно с индуктивностями цепи коммутации образует последовательный колебательный контур. Конденсатор ограничивает перенапряжения, а резистор -- ток разряда этого конденсатора при отпирании и предотвращает колебания в последовательном контуре. Параметры цепочек определим по следующим соотношениям:

Величина напряжения на конденсаторе ток разряда контура

Мощность рассеяния на резисторе

По справочнику выбираем конденсаторы C2 -- КСЛ-310 пФ, резисторы R2 -- ПЭВ-100-620±10%.

Рис.1.3 -- Схема управляемого выпрямителя с защитой

2. Проектирование СИФУ

2.1 Расчет параметров пусковых импульсов

Определяем требуемую длительность импульса управления , исходя из знания угла коммутации , определенного при расчете силовых схем:

2.2 Расчет цепи управления тиристорами

Для тиристоров Т242-80-8 определяем токи и напряжения управления:

Цепи управления тиристорами питаются от импульсного усилителя через оптрон и ограничивающие сопротивление и шунтирующий диод:

Рис.2.1 -- Цепь управления тиристором

По значению выбираем оптрон ТО125-12,5 с параметрами:

Определяем параметры элементов, входящих в цепь управления:

По току выбираем шунтирующий диод типа КД202А.

По значениям и выбираем резистор типа МЛТ-1-11Ом±5%.

Внутреннее сопротивление управляющего перехода тиристора

2.3 Расчет выходного каскада СИФУ

  • Нагрузкой выходного каскада на транзисторе VT2 является ток управления оптотиристора (рисунок 2.2). Следовательно, в режиме насыщения через транзистор VT2 должен протекать ток коллектора не менее тока управления оптотиристора.
  • В связи с этим принимаем . Так как СИФУ питается двухполярным напряжением, то выходной каскад подключен на напряжение

.

Учитывая, что имеем:

.

По напряжению и току выбираем транзистор VT2 типа КТ611А с параметрами , , , .

Рисунок 2.2 -- Выходной каскад СИФУ

Определяем величину ограничивающего сопротивления резистора R13:

где - падение напряжения на открытом транзисторе,

- падение напряжения на светодиоде оптотиристора.

Определяем мощность рассеивания на резисторе :

Принимаем резистор типа МЛТ-2-240Ом±10%.

Определим ток базы транзистора VT2:

Определяем ток коллектора транзистора VT1:

Вычисляем мощность рассеяния на транзисторе VT1:

.

По току , напряжению и мощности рассеивания выбираем транзистор VT1 типа КТ301Б с параметрами:

Определим минимальный ток базы транзистора VT1:

2.4 Расчет входного каскада СИФУ

Входной каскад СИФУ выполняет две функции: функцию синхронизации и функцию генератора прямоугольных импульсов. Функция синхронизации импульсов управления и анодного напряжения оптотиристора в управляемом выпрямителе осуществляется путём подключения входного трансформатора TV1 и силового трансформатора к одной и той же фазе напряжения сети. В исходной схеме прямоугольные двухполярные импульсы образуются на стабилитронах VD1, VD2 (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 -- Схема образования прямоугольных двухполярных импульсов.

Для получения импульсов, близких к прямоугольным, на стабилитронах VD1 и VD2 должно выполняться условие:.

Принимаем:

Выбираем из справочника стабилитроны VD7, VD8 типа КС133А с

параметрами:,

а также принимаем к установке трансформатор со следующими параметрами:

.

Определяем величину сопротивления ограничительного резистора R7:

Находим мощность рассеивания на резисторе R7:

Принимаем резистор R7 типа МЛТ-1-270Ом ±5%.

2.5 Расчет генератора треугольных импульсов

Генераторы треугольных импульсов (рисунок 2.4) реализуются на базе генератора прямоугольных импульсов и интегратора. Параметры импульсов:

амплитуда:

частота:

Определим длительность входных импульсов:

.

Определим ток нагрузки входного каскада и входной ток интегратора из того условия, что:

По справочнику выбираем операционный усилитель DA1 типа К153УД5 с параметрами:

При подаче на вход интегратора постоянного напряжения на его выходе

получаем линейно изменяющееся напряжение:

где .

Принимаем: тогда:

.

Исходя из того, что значение очень мало, принимаем:

резисторы R8, R9 типа МЛТ-0,125-100кОм ±10% ,

конденсатор С7 типа К73-5-0,1мкФ ±5%.

Величина выходного напряжения на выходе интегратора составит:

,

где- входное напряжение ограничителя.

Рисунок 2.4 - Генератор треугольных импульсов

2.6 Расчет разделительной цепи

Разделительная цепь С8, R10 (рисунок 2.5) выполняет две функции: разделяет постоянные составляющие напряжений и уменьшает дрейф операционных усилителей.

Постоянная времени разделительной цепи равна:

и выбирается исходя из условия минимального искажения выходного сигнала:

.

Величина сопротивления резистора R10 по условиям разряда конденсатора не должна быть меньше величины сопротивления резистора R8.

Принимаем: постоянную времени разделительной цепи , а величину сопротивления резистора R10=R8=100(кОм). Тогда величина емкости конденсатора С8 составит:

.

Выбираем конденсатор С8 типа К73-5-1мкФ±10%.

Резисторы R10 типа МЛТ-1-100кОм±10%.

Рисунок 2.5 - Разделительная цепь

2.7 Расчет схемы сравнения

В качестве схемы сравнения напряжения питания Uп и напряжения регулирования Uр (оно же напряжение управления Uу) используем нелинейный режим работы операционного усилителя. Передаточная характеристика операционного усилителя содержит участок положительного и отрицательного насыщения в зависимости от величин входных напряжений на входах: Uвх1, Uвх2. Поскольку коэффициент усиления КUоу очень велик, то напряжение переключения (Uвх1 - Uвх2) весьма мало. Выходное напряжение операционного усилителя при Uвх1 - Uвх2 > Uпер зависит от того, какое из входных напряжений больше, т.е. операционный усилитель является схемой сравнения напряжений (рисунок 2.6).

Учитывая, что:

напряжение регулирования Up = UВХ1 = ± 3,3(В),

амплитуда треугольного напряжения Uп = UВХ2 = ± 3,3(В),

максимальный ток нагрузки IН=IБ1=0,0008(А),

минимальное выходное напряжение Uн min = UБЭ1 = 3(В),

принимаем в качестве схемы сравнения операционный усилитель DA2 типа К153УД5 у которого:

Uвых.max=10(B), Iвых.мах=5(мА), Rвых.оу=150(Ом); Коу=125*10 3.

  • Рисунок 2.6 -- Схема сравнения СИФУ
  • Определим напряжение переключения операционного усилителя:
  • Величина сопротивления резистора R* определяется из соотношений:
  • R*>Rвых.оу=150(Ом);
  • Принимаем резистор R* типа МЛТ-0,125-2,4кОм±10%.
  • Величины сопротивлений резисторов R11=R12 определим из следующих условий:
  • Принимаем резисторы R11, R12 типа МЛТ-0,5-2,7мОм±10%
  • Величину сопротивления резистора R13 (делителя напряжения) определим, если примем, что ток делителя напряжения Iд=(5…10)Iвх.оу.
  • Исходя из этого, принимаем резистор R13 типа СП-0,15-2,4(мОм)±20%.
  • 2.8 Расчет схемы подавления помех
  • В данной схеме (рисунок.2.7) резисторы R14, и R15 являются разрядными и в тоже время выполняют роль делителя напряжения Еп. Обычно ток делителя принимают в 10 раз меньше тока потребления, т.е. 10 Iд = Iпотр.
  • Рисунок 2.7- Схема подавления помех
  • Ток потребления СИФУ составит:
  • Ток делителя через резисторы R14 и R15 составит:
  • Величина резистора R14 определяется из условий:
  • Принимаем резисторы R14 и R15 типа МЛТ-0,5-1600Ом±5%.
  • Ёмкость конденсатора определим по следующей формуле:
  • Тогда:
  • Из справочника принимаем конденсаторы С9 и С10 типа К73-5-0,3мкФ±5% .
  • 3. Расчёт источника питания

3.1 Выбор схемы и расчет основных параметров источника питания

Для выбора схемы источника питания рассчитаем суммарный ток нагрузки:

,

где - ток нагрузки,

- общий ток потребления СИФУ (в схеме их 12 штук, подключённых параллельно к стабилизатору).

Зная ток нагрузки и напряжение нагрузки примем в качестве схемы стабилизатора схему параметрического стабилизатора напряжения (рисунок 3.1) .

Рисунок 3.1 - Схема источника питания

По справочнику по известному току нагрузки выбираем 2 стабилитрона Д815В со следующими параметрами:

Следует отметить, что в схеме стабилитроны VD7 и VD8 ставятся последовательно для обеспечении стабилизации нужного напряжения и в сумме дают необходимое напряжение (одного не хватает).

Рассчитаем параметрический стабилизатор исходя из следующего из условия: .

Воспользуемся следующей формулой:

где - выходное напряжение,

- минимальный ток стабилитрона,

- максимальный ток стабилитрона,

- балансное сопротивление;

- сопротивление нагрузки;

- входное напряжение.

Определяем и из уравнений приведенных выше учитывая то, что напряжение сети может колебаться в пределах +0,05 U1...-0,15 U1:

Решив данную систему уравнений, получим:

Таким образом, минимальное и максимальное напряжения принимают следующие значения:

Для выбранных и определим минимальный и максимальный токи стабилизации:

Определяем мощность рассеяния на резисторе RБ:

По справочнику выбираем:

Резистор RБ типа ПЭВ-18-27Ом±10%.

конденсатор С11 типа К50-6-100?мкФ±5%.

конденсатор С12 типа К50-6-1000?мкФ±5%.

3.2 Расчёт однофазного мостового выпрямителя и трансформатора

Найдём величину выпрямленного напряжения:

Определим анодный ток на диодах:

Определим максимальное обратное напряжение на диодах:

Необходимо учесть, что из-за использования фильтра максимальное обратное напряжение на диодах примет удвоенное значение:

По справочнику выбираем диоды VD11-VD14 типа КД226В с параметрами:

Определим основные параметры силового трансформатора:

-напряжение на вторичной обмотке:

-ток на вторичной обмотке:

-типовая мощность трансформатора:

-коэффициент трансформации трансформатора:

-ток первичной обмотки трансформатора:

Выводы

Большим преимуществом двенадцатипульсного выпрямителя является маленький коэффициент пульсации и получение большой выходной мощности. Таким образом, применение такого выпрямителя дает практически выпрямленный ток на выходе.

Подобные выпрямители получили широкое распространение в различных отраслях промышленности, например, в электролизных установках, на железнодорожном транспорте для питания двигателей постоянного тока, заряда аккумуляторных батарей, в сварочных аппаратах и дуговых печах, электрофильтрах, источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры и др.

Приложение А

Поз.

Наименование

Количество

Примечание

Выпрямитель

TV1

ТПП

1

VS1-VS12

Т242-80-8

12

C2

КСЛ-310пкФ±10%

12

R2

ПЭВ-100-620±10%

12

FU1-FU3

ПНБ-5-660/100

2

Блок С1 -- СИФУ

12

VT1

КТ301Б

12

VT2

КТ611А

12

R0

МЛТ-1-11Ом±5%

12

R7

МЛТ-1-270Ом±5%

12

R8, R9

МЛТ-0,125-100кОм±10%

24

R10

МЛТ-1-100кОм±10%

12

R11, R12

МЛТ-0,5-2,7мОм±10%

24

R13

СП-0,15-2,4мОм±20%

12

VD1

КД202А

12

VD7, VD8

КС133А

24

C7

К73-5-0,1мкФ±5%

12

C8

К73-5-1мкФ±10%

12

C9, C10

К73-5-0,3мкФ±5%

24

КД202А

12

DA1-DA2

К153УД5

24

Ul

ТО125-12,5

12

TV2

ТПП

12

Поз.

Наименование

Количество

Примечание

Блок A1 -- Блок питания СИФУ

1

C1

К5016-3000мкФ-25В±10%

3

C2

К5016-3000мкФ-25В±10%

3

R1

МЛТ-1-23±10%

3

R2

МЛТ-0,25-6кОм±10%

3

R3

МЛТ-1-1кОм±10%

3

R4

МЛТ-0,25-4кОм±10%

3

R5

МЛТ-0,25-1,5кОм±10%

3

R6

МЛТ-0,25-570±10%

3

R7

МЛТ-0,25-2кОм±10%

3

VT1

ГТ403А

3

VT2

П214

3

VT3

МП39

3

TV1

ТПП

3

VD5

Д811

3

Список литературы

Приборы и устройства промышленной электроники / В.С. Руденко, В.И. Сенько, В.В. Трифонюк (Б-ка инженера). -- К.:Техника, 1990. -- 368 с.

Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя / Терещук Р.М., Терещук К.М. -- К.:Наукова думка, 1981. -- 670 с.

Тиристоры: справочник / Григорьев О.П., Замятин В.Я. -- М.: Радио и связь, 1982. --272 с.

Транзисторы для аппаратуры широкого применения: справочник / Перельман В.П. -- М.:Радио и связь, 1982 -- 520 с.


Подобные документы

  • Схема управляемого выпрямителя. Основные параметры выпрямителя в управляемом режиме. Выбор защиты тиристоров от перегрузок по току и напряжению. Расчет стабилизатора напряжения, выпрямителей. Моделирование выпрямителя, расчет источника питания.

    курсовая работа [367,6 K], добавлен 02.02.2011

  • Основные параметры двенадцатипульсного составного управляемого выпрямителя с параллельным включением для получения выпрямленного тока. Выбор защиты тиристоров от перегрузок по току и напряжению. Расчет элементов триггера Шмидта и блока синхронизации.

    курсовая работа [787,2 K], добавлен 31.01.2011

  • Основные параметры выпрямителя в управляемом режиме. Выбор защиты тиристоров от перегрузок по току и напряжению. Расчет параметров пусковых импульсов, схем подавления помех, однофазного мостового выпрямителя и трансформатора. Моделирование силовой части.

    курсовая работа [472,7 K], добавлен 02.02.2011

  • Расчет основных параметров элементов схемы управляемого выпрямителя: трансформатора (при трансформаторном варианте), вентилей (тиристоров), сглаживающего реактора. Статические характеристики двигателя. Расчет ЭДС и средней мощности преобразователя.

    контрольная работа [88,1 K], добавлен 27.06.2014

  • Обоснование способа и силовой схемы регулирования выпрямленного напряжения. Расчет параметров управляемого выпрямителя и выбор типа силовых полупроводниковых приборов. Анализ работы управляемого выпрямителя. Система импульсно-фазового управления.

    курсовая работа [628,3 K], добавлен 31.03.2018

  • Методы и способы расчета управляемого выпрямителя по схеме с нулевым диодом, системы амплитудно-импульсного управления, источника питания, который включен в схему СИФУ. Обоснование выбора элементов. Разработка защиты устройства от аварийных режимов.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 02.02.2011

  • Анализ полупроводниковых выпрямительных устройств. Силовая часть однофазного управляемого выпрямителя. Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя. Функциональная и принципиальная схемы системы управления однофазного лабораторного модуля.

    курсовая работа [884,1 K], добавлен 29.03.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.