Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Трехфазный мостовой тиристорный управляемый выпрямитель



Задание на контрольную работу

Тема контрольной работы: трехфазный мостовой тиристорный управляемый выпрямитель.

Разработать тиристорный управляемый выпрямитель для питания якорных цепей двигателей постоянного тока, который можно использовать также для регулирования напряжения в цепях с активной, индуктивной и активно-индуктивной нагрузками.

Число фаз питающей сети - 3, частота -50 Гц.

Исходные данные для расчета управляемого выпрямителя представлены в таблице 1.

Таблица 1.

№ п/п	Напряжение питающей сети, В	Номинальный выпрямленный ток, А	Длительно допустимый выпрямленный ток, А	Максимальный ток, А	Номинальное выпрямленное напряжение, В
8	380	200	250	400	460



Аннотация

Контрольная работа включает в себя пояснительную записку, состоящую из 16 страниц машинописного текста, 2 таблиц.

Целью контрольной работы по предмету является закрепление и углубление знаний, полученных магистром по данной дисциплине и применение этих знаний, а. также знаний, приобретенных в процессе научно-исследовательской работы студентов, при решении конкретных технических задач.



• Содержание
• Введение
• 1. Расчетная часть тиристорного управляемого выпрямителя
• 1.1 Определение требований к вентилям
• 1.2 Определение требований к трансформатору
• 1.3 Расчет элементов защиты
• 1.3.1 Расчет элементов защиты от аварийных токов
• 1.3.2 Расчет элементов защиты от перенапряжений
• 2. Расчет регулировочной характеристики
• 3. Расчет нагрузочной характеристики
• 4. Расчет энергетических показателей
• Заключение
• Литература


Введение

Полупроводниковые преобразователи (ПП) на основе контакта металл - полупроводник (КМП) широко используются в современных электронных устройствах для преобразования различных видов энергии в электрическую. Такие ПП КМП, как солнечные элементы, фотоэлементы, тензоэлементы, датчики механических напряжений, датчики радиационных излучений и др. с одной стороны нашли интенсивное применение, с другой - их электрофизические свойства все еще систематически исследуются. Установлено, что электрофизические процессы, происходящие в таких реальных ПП часто трудно интерпретируются с помощью основных положений фундаментальных теорий и энергетических моделей идеализированных КМП.

Результаты современных экспериментальных и теоретических исследований твердо установили существенные различия в электрофизических процессах, происходящих в реальных и идеальных КМП. Одной из основных причин этого различия является образование дополнительных электрических полей в полупроводниковых приконтактных активных областях КМП из-за как эмиссионной неоднородности границы раздела контактирующих материалов, так и ограниченности контактной поверхности со свободными поверхностями металла и полупроводника. Необходимо отметить, что энергетические модели и механизмы токопрохождения в реальных КМП с учетом объективно существующих дополнительных электрических полей достаточно хорошо объясняют почти все особенности экспериментально наблюдаемых электрофизических параметров и характеристик ПП КМП, изготовленных на различных контактных структурах при различных экспериментальных условиях [1]. К сожалению, свойства КМП с дополнительным электрическим полем все еще мало изучено.

Полупроводниковые преобразователи обычно изготавливаются на основе известных теоретических принципов, реализуемых на нескольких физических элементах, например, на p-n переходе, гетеропереходе, КМП, металл - диэлектрик - полупроводник структуре и металл - диэлектрик - металл структуре. В отличие от других физических элементов, такая особенность, как образование дополнительных электрических полей в полупроводниковой приконтактной активной области реальных КМП открывает перспективы изготовления ПП КМП на основе новых физических принципов. Так как, дополнительное электрическое поле играет активную роль как в образовании потенциального барьера в реальных КМП, так и в особенности токопрохождения. При этом потенциальный барьер образуется даже в том случае, когда известные условия Шоттки о выпрямлении КМП не выполняются. Это ярко выражается при использовании металлических и полупроводниковых наночастиц в качестве контактирующих материалов для изготовления ПП КМП.

Целью контрольной работы по предмету является закрепление и углубление знаний, полученных магистром по данной дисциплине и применение этих знаний, а. также знаний, приобретенных в процессе научно-исследовательской работы студентов, при решении конкретных технических задач.

Задача контрольной работы состоит в разработке структурной и принципиальной схемы управляемого тиристорного выпрямителя и расчете элементов схемы трехфазного мостового тиристорного управляемого выпрямителя, его энергетических параметров и характеристик.



1. Расчетная часть тиристорного управляемого выпрямителя

1.1 Определение требований к вентилям

Определяем максимальное обратное напряжение на тиристоре.

(1.1)

где - коэффициент напряжения, равный р/3 = 1,047

- номинальное выпрямленное напряжение

Определяем максимальное прямое напряжение на тиристоре.

(1.2)

Определяем средний ток тиристора.

(1.3)

где - коэффициент среднего тока тиристора, равный 1/3 = 0,333

- номинальный выпрямленный ток

Определяем максимальный ток тиристора.

(1.4)

где - максимальный ток

Определяем действующее значение тока тиристора.

(1.5)

где - коэффициент действующего значения тока тиристора, равный

Выбираем тиристор на периодически повторяющееся напряжение 500 В и на средний ток более 66,6 А по справочнику. [6].

Тиристорам, удовлетворяющим данным требованиям является тиристор типа Т10-80-5

Параметры тиристора типа Т10-80-5 сводим в таблицу 1.

Таблица 1. Параметры тиристора Т10-80-5

Параметр	Значение
Предельный ток тиристора Inк, А	80
Повторяющееся напряжение Un, В	500
Критическая скорость нарастания прямого тока ()кр, А/мкс	70
Максимально допустимая температура структуры [Ирп], єС	125
Действующее значение тока, А	58
Прямое падение напряжение ДU, В, при токе Inк	0,85
Отпирающий ток управления Iу, мА, при температуре 25°С и Unp = 12 В, не более	300
Отпирающее напряжение управления Uy, В, при температуре 25°С и Unp = 12 В, не более	6
Время выключения t, мкс	100
Критическая скорость нарастания прямого напряжения ()кр, В/мкс	50
Ток удержания Iудерж, мА, при температуре 25єС, не более	220



1.2 Определение требований к трансформатору

Определяем напряжение на вторичной обмотке трансформатора.

тиристорный выпрямитель вентиль трансформатор

(2.1)

где - коэффициент выпрямленного напряжения, равный 1,35

Определяем полную мощность трансформатора.

(2.2)

где - коэффициент типовой мощности трансформатора, равный 1,045

Определяем ток первичной обмотки трансформатора.

(2.3)

где - коэффициент тока первичной обмотки, равный 0,82

- фазное напряжение первичной обмотки

340,7 /380/))*200 = 254,67 А

В соответствии с расчетными данными по справочнику [4] выбираем трансформатор типа Т-100



1.3 Расчет элементов защиты

1.3.1 Расчет элементов защиты от аварийных токов

Так как тиристорный выпрямитель работает на активно-индуктивную нагрузку и имеет малую мощность, то можно не разрабатывать устройство защиты от аварийных токов.

1.3.2 Расчет элементов защиты от перенапряжений

Роль элементов защиты тиристоров от перенапряжений выполняют элементы R и С включенные параллельно тиристорам.

Рассчитаем постоянную времени RC - цепочки по формуле из [3].

(3.1)

где - критическая скорость нарастания прямого напряжения на тиристоре

- прямое напряжение на тиристоре

- постоянная времени RC - цепочки.

(3.2)



(3.3)

Выбираем емкость в соответствии с рекомендациями в [3] 1 мкФ на напряжение 500 В типа МБП - 1.0-500±10%

Рассчитаем величину резистора.

(3.4)

По справочнику [1] выбираем резистор типа ПТ-8Т2

Определим мощность, рассеиваемую на резисторе.

(3.5)

где Т - период повторения напряжения сети

В соответствии с выполненными расчетами производим спецификацию на выбранные элементы схемы.

Таблица 2.

№ п/п	Позиция	Тип по ГОСТ	Количество
1	Тиристоры	Т10-80-5	6
2	Резисторы	ПТ-8Т2	6
3	Конденсаторы	МБП-1.0-500±10%	6
4	Трансформаторы	ТМ -100	1



2. Расчет регулировочной характеристики

Так как управляемый выпрямитель работает на электропривод постоянного тока (т.е. , то для расчета регулировочной характеристики воспользуемся зависимостью из справочника [2].

(2.1)

где - выпрямленное напряжение на нагрузке для неуправляемого выпрямителя

Расчет сводим в таблицу 3.

Таблица 3.

	0	30	45	60	90
	1	0,866	0,707	0,5	0

В соответствии с таблицей строим график.

Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя при



3. Расчет нагрузочной характеристики

Нагрузочная характеристика управляемого выпрямителя - это зависимость выпрямленного напряжения на нагрузке от тока, протекающего через нагрузку, при постоянном угле регулирования .

Построение производим в соответствии с [1].

(3.1)

где - относительное падение напряжения на нагрузке

- относительный ток в нагрузке

- напряжение короткого замыкания трансформатора (составляет 1-2% от )

А -коэффициент, характеризующий кратность падения напряжения на стороне выпрямленного тока по отношению к . А = 0,5.

Нагрузочная характеристика управляемого выпрямителя.



4. Расчет энергетических показателей

К энергетическим показателям управляемого выпрямителя относят л - коэффициент мощности и з - КПД. Коэф. мощности в соответствии с [1].

(4.1)

где к - коэффициент формы тока, равный 3/р = 0,955;

- угол коммутации ( чуть больше времени включения тиристора, поэтому им пренебрегаем);

- угол регулирования;

(4.2)

где - КПД трансформатора, равный 0,96;

- КПД выпрямительной схемы

(4.3)

;

;

Вт;



Заключение

В данной контрольной работе был выполнен электрический расчет трехфазного мостового тиристорного управляемого выпрямителя, а именно:

· Расчет требований к вентилям (тиристорам) и выбор их.

· Расчет требований к согласующему силовому трансформатору и выбор его типа.

· Расчет регулировочной характеристики для случая активно-индуктивной (при L >?) нагрузоки.

Построена зависимость Ud = f(б).

· Расчет внешней (нагрузочной) характеристики УВ.



Литература

1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника - М.: Высш. Школа, 2014

2. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами. (Под ред. Круковича В.И., Барыбина Ю.Г., Самовера М.Л.). Изд - ие 3-е - М.: Энергия 2012

3. Справочник по преобразовательной технике. Под ред. Чиженко И.М. - Киев: Техника, 2008

4. Электротехнический справочник. В 3-х томах, т. 1 и т. 2. Под общей ред. проф. МЭИ Герасимова В.Г. и др. - М.: Энергия, 1980, т. 2 Энергоиздат, 1981

5. Электротехнический справочник. В 3-х томах, т. 3 в 2-ух книгах. Книга 2 Использование электрической энергии / Под общей ред. профессоров МЭИ: Орлова И.Н. (гл. ред.) и др. - 7-е издание испр. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2008

6. Чебовский О.Т., Моисеев Л.Г., Сахаров Ю.В. Силовые полупроводниковые приборы. Справочник - М.: Энергия, 2009

Размещено на Allbest.ru