Проектирование автономного инвертора тока

Определение токов и мощности индуктора, неизвестных токов и напряжений и построение векторных диаграмм параллельного, последовательно-параллельного и параллельно-последовательного автономных инверторов тока. Расчет тиристора, анодного дросселя, ёмкостей.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 16.04.2016
Размер файла 98,6 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.

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=Iи*Uи*cos ц, (1)

где Iи - ток индуктора;

Uи- напряжение на индукторе;

cos ц - косинус угла между Iи и Uи.

Тогда, согласно формуле (1):

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

IR= Р/Uи = 1000*103/1200 = 833,3 А. (3)

ц = arccos ц = 82,53o(4)

IL= (Ри*sinц)/(Uи*cosц)= (1000*103*sin 82,53o) / (1200*0,13) = 6346 А. (5)

IR, IL - активная и индуктивная, составляющие тока индуктора.

Величину активной нагрузки определяем по закону ома:

R = Uи / IR = 1200 / 833,3 = 1,44 Ом. (6)

Индуктивная нагрузка:

L = Uи / (IL*2р*fвых) = 1200 / (6346*6,28*2400) = 1,25*10-5 Гм(7)

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

ц / 360o = tвосст / Твых , (8)

где Tвых - период колебаний тока на выходе

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

ц = tвосст*360о / Tвых = 30о

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

Tвых = 1 / 2400 = 4,1*10-4 c. (9)

По формуле (8) определяем tвосст :

tвосст = (ц* Tвых ) / 360o = (30*4,1*10-4) / 360o = 34 мкс(10)

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

ц =(tвосст*360o) / Твых = (32*10-6 *360)/ 4,1*10-4 = 28,09о

tg ц =(IC - IL ) /IR(11)

IC = 2р*fвых*C* Uи(12)

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

2р*fвых*C* Uи = IL + tg ц *IR(13)

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

C = (IL + tg ц *IR) / (2р*fвых* Uи)= (6346 + tg 28,09o * 833,3) / (2р * 2400 * 1200) = 375мкФ(14)

Тогда ток IC определяем по формуле (12) :

IC = 2р*fвых*C* Uи = 2р*2400*1200 *375*10-6 = 6782,4А

IH = IR / cos ц = 833,3 / cos 28,09o = 944,5 A(15)

IC - IL =6782,4- 6346 = 436,4A

1.2 Выбор тиристора

Опираясь на формулу (10), выбираем тиристор по 3-м параметрам: tвосст, ITAV, Uи.

tвосст = tq = 32мкс - подходящее время восстановления

Оптимальное значение длительно протекаемого прямого тока ITAV определим по формуле :

ITAV = (IH / 2) * 1,2 = (944,5 / 2) * 1,2 = 566,7 А(16)

Подходящий тиристор ТБ143-630

UDRM(URRM)=1000 - 2400B;

ITAV=630A;

UTM= 2B;

(di/dt)crit = 1000 A/мкс;

tq = 32мксгде,

UDRM(URRM) - повторяющееся импульсное нап-ие в закрытом состоянии, > Uи;

UTM - 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) = Iуст * (1 - С-(t/ф)), (17)

где i(t) мгновенное значение тока.

Iуст = ITAV - ток установившегося режима

ф - постоянная времени переходного процесса.

Возьмем производную по времени от уравнения (17)

di/dt = (1/ф) * Iуст * С-(t/ф) (18)

Iуст / ф = ITAV / ф ,

где ф определяется как

ф = Lад / Rтир = (Lад * ITAV) / Uтм , (19)

где Lад - индуктивность анодного дросселя

Rтир - сопротивление тиристора,

Rтир = Uтм / ITAV

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

Uтм / Lад , где (di/dt)crit(20)

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

Lад = Uтм / (di/dt)crit = 2 / (1000 * 10-6) = 0,2 * 10-8 Гн(21)

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

1.4 Расчет и выбор ёмкостей

Согласно формуле (14), суммарная ёмкость конденсаторной батареи равна

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

ЭЭВК 1.6-2.4 УЗ. ТЗ Параметры:

Pном = 550 кВАр - номинальная мощность;

С1-го конд. = 14.25 мкФ - ёмкость одного конденсатора;

Uном. = 1600 В. - номинальное напряжение;

Fном = 2400 Гц - номинальная частота.

Ёмкость составленной батареи:

Срасч = С1-го конд. * nвыб. =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:

Qвд ? Qном. 1 конд * nконд , (23)

где Qном. 1 конд - номинальная мощность конденсатора;

Qвд - мощность, определяемая по векторной диаграмме параллельного АИТ.

Qвд = Ic * Uc * sin 90o= 6782,4 * 1200 * 1 = 10851,84кВар(24)

Qном. 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 Uн = 514,8 В.

Угол ц инвертора остается остаётся прежним, из формулы (8) угол численно равен 28,09о, используя известные параметры (Uн , Uu = Uck , Iu = IR + IL), построим векторную диаграмму см. Приложение 2

<(Uн , Uс.вх ) = 180о - 90о - ц = 180о - 90о - 28,09о = 61,91о(26)

Определяем значение Uс.вх по теореме косинусов:

U2и = U2с.вх + U2н - 2 Uс.вх * Uн * cos (Д(Uн, Uс.вх)); (27)

12002 = U2с.вх + 514,82 - 2 Uс.вх * 514,8* cos61,91о

U2с.вх - 483,912Uс.вх - 1174980.96 = 0

Uс.вх = 1352,6 В.

По теореме косинусов найдем Д(Uи, Uн):

U2с.вх = U2н + U2и - 2* Uи* Uн* cos(Д(Uи, Uн)); (28)

cos(Д (Uи, Uн)) = (U2н + U2и - U2с.вх )/( 2*Uи*Uн) =

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

Д(Uи, Uн)=arccos(-0,1)=95,7о(29)

Д(Iн, Iи)=ц + ци - Д (Uи, Uн)= 28,09о + 82,53o -95,7о =14,92о(30)

Д(Iск, Iи)= 90о - arcsin(IL,/Iи) = 90о - arcsin(6346/6410,256) = 8,1о(31)

Д(Iн, Iск)= 180о - Д(Iсп, Iи) - Д(Iск, Iн)= 180о - 8,10 - 14,92о = 156,98о(32)

По теореме синусов найдем Iн, Iск:

Iск = Iи*( (sin(Д(Iн,/Iи))) / sin(Д(Iск,/Iн))) = 6410,256 (sin(14,92о) / sin(156,98о)) = 4224А(33)

Iн = Iс.вх = Iи*((sin(Д(Iск,/Iи))) / sin(Д(Iн,/Iск))) = 6410,256 (sin(8,1о) / sin(156,98о)) = 2301А(34)

2.2 Расчет и выбор емкостей:

Uc=Uи

Составляем компенсирующую конденсаторную батарею:

Uc=1200В

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

ЭЭВКН=1,6-2,4У3

Ск=11,66 мкФ

Qном= 450кВар

Тогда Срасч 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

Ск=11,66 мкФ

Qном= 450кВар

Тогда Срасч 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 tвосст= 34мкс,

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

Подходящий тиристор ТБ143-500. Его параметры:

UDRM(URPM)= 1000-2400B

ITAV=1600 A

UTM=2,3 B

tq=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 Uн=514,8В.

Угол ц инвертора остается прежним, из формулы (8) угол численно равен 28,090. Используя известные параметры (Uн=Uск, Uи, Iи=Icп=IR+IL), построим векторную диаграмму см. приложение №3.

- 82,53o = 7,47о

Определяем значение Uсп по теореме косинусов:

По теореме косинусов найдем

По теореме синусов найдем Iск и Iн :

3.2 Расчет и выбор емкостей

Составляем компенсирующую конденсаторную батарею:

Ucк=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

Сск=146мкФ Qном= 550кВар

Тогда Срасч 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:

Ссп=46,65мкФ

Qном= 450кВар

Тогда Срасч 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 tвосст= 30мкс,

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

Подходящий тиристор Т253-1250. Его параметры:

UDRM(URPM)= 400-1800B

ITAV=1250 A

UTM=0,95 B

tq=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


Подобные документы

  • Расчет токов резисторов и мощности, потребляемой цепью, по заданной схеме. Определение параметров неразветвленной цепи переменного тока с активными, индуктивными и емкостными сопротивлениями. Построение в масштабе векторной диаграммы напряжения и токов.

    контрольная работа [107,5 K], добавлен 10.12.2010

  • Схемы и переключающие функции автономных инверторов напряжения. Структура полумостовых, однофазных мостовых и трехфазных мостовых автономных инверторов напряжения. Работа трехфазного автономного инверторов напряжения на несимметричную нагрузку.

    курсовая работа [585,4 K], добавлен 02.01.2018

  • Преобразователи тока и напряжения, их свойства и применение. Понятие коэффициента трансформации, реакторы и трансреакторы. Фазоповоротные и частотно-зависимые схемы. Насыщающиеся трансформаторы тока, преобразователи синусоидальных токов и напряжений.

    курсовая работа [2,6 M], добавлен 11.08.2009

  • Определение ожидаемой суммарной расчетной нагрузки. Определение числа и мощности трансформаторов ГПП, схемы внешнего электроснабжения. Определение напряжений, отклонений напряжений. Расчет токов короткого замыкания. Эксплуатационные расходы.

    курсовая работа [110,7 K], добавлен 08.10.2007

  • Расчет линейных электрических цепей постоянного тока. Расчет однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Определение токов во всех ветвях схемы на основании законов Кирхгофа. Метод контурных токов. Баланс мощностей цепи.

    курсовая работа [876,2 K], добавлен 27.01.2013

  • Генерация токов повышенной частоты. Расчет электрического режима инвертора и выпрямителя. Выбор элементов и системы автоматического управления и защиты тиристорного преобразователя частоты. Временные диаграммы токов и напряжений, характеристики инвертора.

    курсовая работа [339,6 K], добавлен 13.01.2011

  • Составление баланса мощностей для электрической схемы. Расчет сложных электрических цепей постоянного тока методом наложения токов и методом контурных токов. Особенности второго закона Кирхгофа. Определение реальных токов в ветвях электрической цепи.

    лабораторная работа [271,5 K], добавлен 12.01.2010

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.