Расчет параметров и характеристик однофазного управляемого несимметричного мостового выпрямителя

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Ноября 2013 в 14:14, курсовая работа

Описание работы

Целью работы является углубление знаний курса “Электронная преобразовательная техника” и получение навыков расчета однофазного управляемого выпрямителя для регулирования напряжения на тяговых двигателях электроподвижного состава, его характеристик и других параметров, выявление качественных и количественных зависимостей между отдельными параметрами.
Кроме того, работа знакомит с некоторыми требованиями, которые предъявляются к оформлению инженерного расчетно-графического материала.

Файлы: 1 файл

курсовой).docx

— 896.89 Кб (Скачать файл)

ЗАДАНИЕ

по выполнению курсовой работы «Локомотивы» (общий  курс)

Студент Афанасьев А.   Группа Л-1001  Вариант № 3

 

 

ДАНО:

 

  1. Номинальное напряжение  первичной обмотки трансформатора - 25000 В.
  2. Частота питающего напряжения - 50 Гц
  3. Номинальное напряжение - Udн, В: 1100
  4. Номинальный ток нагрузки – Idн, А: 1100
  5. Расчетный угол регулирования – αр, эл. Град 30
  6. Относительное         значение      напряжения        короткого замыкания трансформатора - Uk, В: 0,08
  7. Коэффициент пульсации выпрямленного тока - Кп: 0,3
  8. Индивидуальное задание: транзисторы.

 

НЕОБХОДИМО рассчитать или выбрать:

 

  1. Рассчитать параметры преобразователя.
  2. Построить характеристики по рассчитанным параметрам.
  3. Произвести расчет вентилей преобразователя.
  4. Индуктивность цепи выпрямленного тока.
  5. Мощностные и энергетические показатели выпрямителя.
  6. Система управления выпрямителем.
  7. Выполнить индивидуальное задание.

 

 

Дата выдачи задания:      «12»  Февраля  2013 г.

 

Срок сдачи  курсовой работы: «29» Апреля 2013 г.

 

 

Задание выдал: Александрова Н.Н           /___________________/

 

 

Задание получил: Афанасьев А.           / ___________________/

 

Зав. кафедрой                                                                      Ю. В. Фёдоров

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ


 

Целью работы является углубление знаний курса “Электронная преобразовательная техника” и получение навыков  расчета однофазного управляемого выпрямителя        для   регулирования        напряжения    на        тяговых       двигателях электроподвижного состава, его  характеристик и других параметров, выявление качественных и количественных зависимостей между отдельными параметрами.

Кроме того, работа знакомит с некоторыми требованиями, которые  предъявляются к оформлению инженерного  расчетно-графического материала.

Все    это     послужит      базой    для    проектирования           более     сложных преобразователей,        которые    будут     рассматриваться         в     курсе    “Системы управления электроподвижным составом”.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОДНОФАЗНОГО  УПРАВЛЯЕМОГО                                  ВЫПРЯМИТЕЛЯ

 

В   работе      предлагается   рассчитать   параметры   и   характеристики выпрямителя, выполненного по несимметричной мостовой схеме (рис.1). Два плеча  моста содержат тиристоры VS1 и VS2, два других – диоды VD1 и VD2. На входе выпрямительный мост имеет вторичную обмотку трансформатора с напряжением U2, а на выходе – нагрузку в виде тягового двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением [1].

 

Рисунок 1— Схема выпрямителя.

 

Диаграммы напряжений и токов  элементов выпрямителя приведенные  на рис.2, соответствуют допущениям: индуктивность цепи выпрямленного  тока Ld=0, т.е. выпрямленный ток Id полностью сглажен; падение напряжения на вентилях, а также на активных сопротивлениях обмоток трансформатора равно нулю; токи в вентилях и обмотках трансформатора изменяются по линейному закону.

Диаграммы выполнены в  совмещенных координатах, т.е. если провести вертикаль в любом месте  через все диаграммы, то точки  пересечения этой вертикали с  любой из диаграмм определят все  значения величин, показанных на диаграммах, в момент времени, соответствующий  проведенной вертикали.


В полупериод питающего напряжения, предшествующий моменту времени  ωt = 0, в котором ЭДС вторичной обмотки трансформатора показана на рис.1 пунктирной стрелкой (справа - налево), ток нагрузки Id протекает через тиристор VS2, двигатель и диод VD1. В начале следующего полупериода (ЭДС вторичной обмотки трансформатора показана сплошной стрелкой) происходит процесс коммутации тока из диода VD1 в диод VD2. Диод VD1 запирается, и ток вторичной обмотки трансформатора i2, так же как и в диоде VD1, уменьшается до нуля (см. здесь и далее рис.2, диаграммы iVD2, i2). Одновременно с уменьшением iVD1, увеличивается iVD4, достигая величины Id (см. диаграмму iVD2). После этого выпрямленный ток под действием ЭДС самоиндукции цепи нагрузки (рис.3б) замыкается через: VS2, двигатель, VD2 (см. диаграммы iVS2 и iVD4), а через вторичную обмотку трансформатора не проходит (см. диаграмму i2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выпрямленное напряжение Ud

Напряжение импульса управления Uимп

Токи в тиристорах iVS1, iVS2

Токи в диодах  iVD1, iVD2

 

Выпрямленный ток Id

 

Ток во вторичной обмотке  трансформатора i2

 

Ток в  первичной обмотке  трансформатора i1

Обратное напряжение на диоде  VD1 UVD1

 

Обратное напряжение на диоде  VD2 UVD2

Обратное напряжение на тиристоре  VS1 UVS1

Обратное напряжение на тиристоре  VS2 UVS2


 

 

Рисунок 2 - Диаграммы в  совмещённых координатах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ  ПРОЦЕССОВ В ВЫПРЯМИТЕЛЕ И  ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ

 

1 Коммутация тока в  вентилях управляемого выпрямителя

 

Коммутацией тока в выпрямителе  называется процесс передачи тока из одного вентиля в другой. Как видно  из диаграмм токов iVS1, iVS2 , iVD1, iVD2, такие процессы протекают дважды в течение каждого полупериода.

В момент времени ωt = 0, как  это показано на рис.3а, будут одновременно открыты VS2, VD1, VD2. В контуре: U2, VD1, VD2 возникает  ток iк= i2. Выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя (между точками 1 и 2) будет равно нулю.

Для контура: U2, VD1, VD2 можно  записать /2/

 

                                                 (1)

 

где    U2m    –    амплитудное             значение           напряжение вторичной   обмотки трансформатора;

LT – индуктивность трансформатора.


Отсюда:

 

 

Решение дифференциального  уравнения находится интегрированием  с учетом того, что при  t = 0, iк= i2= - Id (см. диаграмму i2).

 

 

                                         (2)

 

 

где XT = ωLT – индуктивное сопротивление трансформатора.

В интервале времени γ1 < ωt > 0 ток iк= i2 изменится от –Id до 0 (см. диаграмму i2 рис.2).

К концу коммутационного  процесса при ωt = γ1 выражение (2) примет вид:


Отсюда 

 

                                                 (3)

После окончания коммутации VS1 ток нагрузки Id будет замыкаться так, как показано на рис.3б.

 

 

 

Рис.3. Схемы коммутационных (а), (в) и после коммутационных (б),(г) процессов

 

 

В интервале времени α + γ2 > ωt < α (см. рис. 2) будет происходить передача тока из VS2 в VS1. При этом будут открыты одновременно VS1, VS2 и VD2 так, как это показано на рис.3в. Выпрямленное напряжение между точками 1 и 2 будет равно нулю. Здесь для контура: U2, VS1, VS2 также будет справедливо выражение (1). Его решение с учетом начального условия ωt = α, ik=i2=0 (см. диаграмму i2 , рис.2) будет иметь вид:

Udn=1100В; Idn=1100А; α=30; Kp=0,3; Uk=0,08

U2m – амплитудное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора.

 

 

 


6.21 Расчетные значения  углов коммутации. Используя (8) и  (9), при Id = I и Ud = U, вычислить γ1и γ 2.

 

 

Таблица№1 значения углов коммутации

     

Радианы

0,348

0,068

Градусы

19,96

3,89


 

6.2.2 Амплитудное значение  напряжения вторичной обмотки  трансформатора. Здесь, используя  (13) и исходные данные при Id = I и Ud=U, приняв α= γ1 и γ 2 полученные в 6.2.1 рассчитать значение U2m.

 (13)

Таблица№2 Амплитудное значение напряжения вторичной обмотки трансформатор

 

U2m

Радианы

1815,07

Градусы

1743,28


 

 

 

(В)

(В)

 

6.2.3  Действующее      значение      напряжения       вторичной      обмотки  трансформатора. Используя (14), рассчитать U2.

 

(14)

Таблица№3 Действующее      значение      напряжения       вторичной      обмотки  трансформатора

   

Радианы

1508,4

Градусы

2511,7


.


6.2.4  Продолжительность  основной коммутации. Используя  (8), рассчитать γ1 для ряда Id = 0, Id =0,5 I , Id = I, Id = 1,5 I. Результаты расчёта свести в таблицу, где единицы измерения γ1 представить в двух вариантах: в радианах, в электрических градусах. Для лучшего восприятия зависимость γ1=f(Id) построить в электрических градусах. Аналогично выполнить следующие расчеты и графики

(8)

 

 

Id=0

Id=0.5Idn

Id=Idn

Id=1.5Idn

Радианы

0

0.246

0.348

0.428

Градусы

0

14,1

19,96

24,5


Таблица№4 Продолжительность основной коммутации.

 

 

 

 

 

 

 

График№1. Зависимость γ1=f(Id)

 

6.2.5 Продолжительность фазовой  коммутации. В соответствии с  (9) рассчитать γ2 для ряда токов Id = 0, Id =0.5 I , Id = I, Id = 1,5I и ряда углов регулирования α= γ1, 30, 60, 90, 120, 150, π- γ1эл.град . Результаты расчётов свести в таблицу. Построить семейство характеристик γ2 = f(α) при различных токах Id.

(9)

 

 Таблица№5 Продолжительность  фазовой коммутации

Радианы

Α

Id=0

Id=0.5Idn

Id=Idn

Id=1.5Idn

0

0

0,102

0,147

       0,18

30

0

0,057

0,11

0,16

60

0

0,034

0,068

0,10

90

0

0,03

0,06

0,09

120

0

0,035

0,07

0,10

150

0

0,063

0,13

0,22

180

0

0,2458

0,34

0,42


 

 

 

 

Таблица№6 Продолжительность  фазовой коммутации в радианах

Градусы

α

Id=0

Id=0.5Idn

Id=Idn

Id=1.5Idn

0

0

5,5

8,4

       10,41

30

0

3,27

6,29

9,1

60

0

1,96

        3,89

5,79

90

0

1,71

3,43

5,16

120

0

2,00

4,05

6,15

150

0

3,64

7,83

12,9

180

0

13,18

19,32

23,9


 


 

График №2. Семейство характеристик  γ2 = f(α) при различных токах Id.

 

 

6.2.6  Пределы изменения  угла регулирования. В соответствии  с (10), (11) и (12), рассчитать αmax при Id = 0, Id =0,5 I , Id = I, Id = 1,5I и ?min при тех же значениях Id. Результаты расчётов свести в таблицу. Построить зависимости αmax=f(Id), и αmin=f(Id).

Информация о работе Расчет параметров и характеристик однофазного управляемого несимметричного мостового выпрямителя