Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Ноября 2013 в 14:14, курсовая работа
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.
ЗАДАНИЕ
по выполнению курсовой работы «Локомотивы» (общий курс)
Студент Афанасьев А. Группа Л-1001 Вариант № 3
ДАНО:
НЕОБХОДИМО рассчитать или выбрать:
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
ВВЕДЕНИЕ
Целью работы является углубление
знаний курса “Электронная преобразовательная
техника” и получение навыков
расчета однофазного
Кроме того, работа знакомит с некоторыми требованиями, которые предъявляются к оформлению инженерного расчетно-графического материала.
Все это
послужит базой
для проектирования
более сложных преобразователей,
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОДНОФАЗНОГО
УПРАВЛЯЕМОГО
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
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 |
|
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
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/
где U2m – амплитудное значение напряжение вторичной обмотки трансформатора;
LT – индуктивность трансформатора.
Отсюда:
Решение дифференциального
уравнения находится
(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
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 = Idн и Ud = Udн, 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 = Idн и Ud=Udн, приняв α= γ1 и γ 2 полученные в 6.2.1 рассчитать значение U2m.
Таблица№2 Амплитудное значение
напряжения вторичной обмотки
U2m | |
Радианы |
1815,07 |
Градусы |
1743,28 |
(В)
(В)
6.2.3 Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора. Используя (14), рассчитать U2.
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 Idн , Id = Idн, Id = 1,5 Idн. 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
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 Idн , Id = Idн, Id = 1,5Idн 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.
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 |
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