Трехфазный мостовой тиристорный управляемый выпрямитель

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.

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. 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.

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

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 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.

(3.1)

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 1 мкФ на напряжение 500 В типа МБП — 1.0−500±10%

Рассчитаем величину резистора.

(3.4)

По справочнику 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.

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

(2.1)

где — выпрямленное напряжение на нагрузке для неуправляемого выпрямителя Расчет сводим в таблицу 3.

Таблица 3.

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.

(3.1)

где — относительное падение напряжения на нагрузке

— относительный ток в нагрузке

— напряжение короткого замыкания трансформатора (составляет 1−2% от)

Акоэффициент, 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.

(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.

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