Расчет параметров и характеристик однофазного управляемого несимметричного мостового выпрямителя

(10)

(11)

(12)

 

Таблица№7 Пределы изменения  угла регулирования

Градусы

	αmax	αmin	Αmax
Id=0	180	0,0000	180
Id=0,5Idn	165,9	14,08	165,9
Id=Idn	160,03	19,96	160,03
Id=1,5Idn	155,48	24,5	156,48

 

 

Таблица№8  Пределы изменения  угла регулирования в радианах

	αmax	αmin	αmax
Id=0	3,14159	0,0000	3,14159
Id=0,5Idn	2,90319	0,2384	2,90319
Id=Idn	2,80363	0,3380	2,80363
Id=1,5Idn	2,72667	0,4149	2,72667

 

 

 

График №3.Зависимости  α_max=f(I_d), и α_min=f(I_d).

6.3  Внешние и регулировочные  характеристики.

6.3.1  Внешние характеристики  выпрямителя. Как показано в  4.2, рассчитать U_d при 1,5I_d≥ I_d≥0 и α_max≥ α ≥ α_min. Результаты расчётов свести в таблицу. Построить семейство характеристик U_d = f(I_d) .

 

 

(13)

 

 

Таблица №9. Внешние характеристики выпрямителя

Градусы

α	Id=0	Id=0,5Idn	Id=Idn	Id=1,5Idn
0	1804,6	1752,34	1696,3	1642,25
30	1683,7	1653,73	1629,6	1602,55
60	1353,5	1324,48	1299,41	1272,33
90	902,31	875,38	848,32	821,16
120	451,15	424,16	397,09	320,03
150	120,88	93,82	66,76	39,88
180	0	0	0	0

Id=0

(В)

 

(В)

 

(В)

 

(В)

 

(В)

 

(В)

 

(В)

 

 

 

График № 4. Семейство  характеристик U_d = f(I_d)

 

 

6.3.2 Регулировочные характеристики  выпрямителя. Как показано в  4.2, используя результаты расчётов  в 6.3.1, построить семейство характеристик  U_d = f(α) при разных токах I_d.

 

 

График № 5 Семейство характеристик U_d = f(α) при разных токах I_d.

 

 

6.4. Токовые характеристики.

6.4.1 Ток в первичной  обмотке трансформатора. В соответствии  с 4.4 используя данные, полученные  в 6.2, рассчитать I₁ при 1,5I_dн ≥ I_dн ≥ 0,5 I_dн и α_max ≥ α ≥ α_min. Построить семейство характеристик I₁ =f(I_d) для разных γ.

              (20)

 

            

 

Таблица №10 Ток в первичной  обмотке трансформатора

                

α	Id=0,5Idn	Id=Idn	Id=1,5Idn
α=γ1	197,83	388,84	579,29
30	192,5	385,52	570,17
60	180,45	359,22	536,21
90	167,05	332,48	496,17
120	152,2	302,2	450,06
150	134,9	256,00	388,26
α=180-γ1	118,7	237,38	356,06

 

(А)

 

(А)

 

 

(А)

 

(А)

 

(А)

 

(А)

 

(А)

График №6 Семейство характеристик I₁=f(I_d) для разных γ

 

6.4.2  Ток во вторичной  обмотке трансформатора. Используя  данные 6.4.1. и (15), построить семейство  характеристик I₂ =f(I_d) для разных γ.

 

 Таблица №11. Ток во вторичной обмотке трансформатора

α	Id=0,5Idn	Id=Idn	Id=1,5Idn
α=γ1	3278,7	6446,08	9534,65
30	3190,19	6339,58	9449,72
60	2990,65	5953,4	8886,96
90	2768,54	5510,24	8223,33
120	2522,43	5009,73	7459,14
150	2236,61	4391,89	6434,8
α=180-γ1	1967,08	3934,17	5901,25

 

 

График №7. Семейство характеристик I₂=f(I_d) для разных γ

 

 

6.4.3  Пульсация выпрямленного  тока. Используя 4.4. и исходные  данные, рассчитать величину двойной  амплитуды пульсации выпрямленного  тока  i_d при I_d = I_dн . Изобразить диаграмму пульсирующего выпрямленного тока (см. рис. 7). Принять масштабы: тока i_d — 1 мм : 20А; времени ωt -1 мм: π/15.      Δi_d=K_п*I_{d,       (А)}

 

 

6.5  Выбор вентилей для  плеч выпрямителя.

 

6.5.1   Количество        последовательно   включенных    вентилей     в   плече  выпрямителя. В соответствии с  4.5 дать пример расчёта для  диодов типа ДЛ161-200 I0 класса.

 

 

 

 

6.5.2  Количество параллельно  включенных вентилей в плече  выпрямителя. Как показано в  4.5, дать пример расчёта для  тиристоров типа ТЛ171-320.

Таблица №12. Количество параллельно  включенных вентилей в плече выпрямителя.

Плечо	Тип вентиля	Класс	Стоимость вентиля	nпосл	nпар	Стоимость комплекта
1	2	3	4	5	6	7
Диодное	ДЛ161-200	8	1	5	6	20
		9	1,08	5	6	21.6
		10	1,15	5	6	23
	ДЛ171-320	8	1,47	5	3	17,64
		9	1,61	5	3	19,32
		10	1,75	5	3	21
Тиристорное	ТЛ171-250	8	2	5	4	32
		9	2,19	5	4	34,88
		10	2,38	5	4	38,08
	ТЛ171-320	8	2,32	5	3	27,84
		9	2,54	5	3	30,48
		10	2,77	5	3	33,24

 

6.5. Исходя из экономической точки зрения более подходящим будет являться диод марки ДЛ161-200 класса 8 т.к. он более экономичный, и терристор марки ТЛ171-250 класса 8, т.к более экономичен

 

В соответствии с 6.5.1 и 6.5.2 рассчитать количество последовательно и параллельно  включенных вентилей в диодных и  тиристорных плечах моста, общее  количество диодов и тиристоров и  стоимость комплекта вентилей в  каждом варианте. Результаты занести  в таблицу. Сделать экономически оправданный выбор. Изобразить схемы  диодного и тиристорного плеч выпрямителя  в соответствии с Вашим выбором.

 

6.6  Индуктивность цепи  выпрямленного тока.

В соответствии с 4.4 рассчитать L_d при I_d=I_dн.

 

=0.0053

6.7  Мощностные и энергетические  показатели выпрямителя.

6.7.1  Мощность трансформатора. В соответствии с 4.6 рассчитать  мощность трансформатора S_T при I_d=I_dн и α =α_min.

          S _T = U ₁ I _1н (26)

25000*900=9723541,907

 

 

6.7.2  Коэффициент полезного  действия выпрямителя. Как показано  в    4.6, рассчитать * при I_d=I_dн.

 

   (28)

 

%

 

 

6.7.3  Коэффициент мощности  выпрямителя. В соответствии с  4.6, рассчитать y для I_d=0,5I_dн I_d=I_dн, I_d=1,5I_dн при α_max, α, α_min. Результаты расчетов свести в таблицу. Построить семейство характеристик y=f(α) при разных I_d.

(35)

 

 

 

 

 

 

 

Таблица №13.  Коэффициент  мощности выпрямителя

	Id=0,5Idn	Id=Idn	Id=1,5Idn
amin=γ1	0,173211	0,085371	0,055872
α=30	0,16848	0,083394	0,055016
α=60	0,143891	0,070805	0,046443
α=90	0,102564	0,049935	0,03239
α=120	0,054542	0,025706	0,016085
α=150	0,013602	0,004924	0,001994
amax=π-γ1	0	0	0

 

График №8. Семейство характеристик  y=f(α) при разных I_d

 

6.8  Диаграммы    напряжений   и   токов   в   элементах   выпрямителя.   В соответствии  с 3, построить диаграммы (см. рис.2) для заданного α_p и I_d=I_dн. Если α_p=γ₁, принять α_p=γ₁. Рекомендуемые масштабы: времени ωt –1мм: π/30, тока 1мм:100 A, напряжения 1 мм:150 В.

6.9  Система управления  выпрямителем.

6.9.1 Структурная схема  системы управления. Изобразить  и описать работу структурной  схемы управления выпрямителем.

 

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ

Так как проектируемый  выпрямитель предназначен для регулирования  скорости электроподвижного состава, машинист должен иметь возможность  из кабины управления изменять угол регулирования  α, т.е. изменять во времени момент включения  тиристоров VS₁ и VS₂. Как

известно, тиристоры отпираются при подаче на их управляющие электроды  напряжения, например, в виде импульса. Управляющий импульс должен иметь  нужные параметры, чтобы надежно  отпирать тиристор (амплитуду тока, продолжительность, крутизну переднего  фронта). Чтобы обеспечить эти параметры  необходимо устройство, называемое формирователем импульсов – Ф.

Поскольку управляющие импульсы должны подаваться на управляющие электроды  тиристоров плеч VS1 и VS2 в разные полупериоды (см. рис.2), то нужно либо иметь по одному блоку Ф для каждoго плеча, либо при одном блоке сделать  так, чтобы импульсы управления достигали  нужного тиристорного плеча выпрямителя  только в нужный полупериод.

Так как тиристорные плечи VS1 и VS2 могут состоять из определенного  числа последовательно и параллельно  включенных вентилей (см. рис.9), блок Ф  должен   иметь   значительную   мощность,   чтобы   обеспечить   все   вентили импульсами с  нужными для надежного отпирания  параметрами. Если же блок Ф имеет  ограниченную мощность, то между ним  и тиристорами обязателен выходной усилитель – ВУ.

a)

 

а) диодное; б) тиристорное

 

Рисунок 9 -  Плечо  моста выпрямителя с защитными  элементами

 

Так как тиристоры, в том  числе и их управляющие электроды, могут находиться под высоким  и опасным для человека напряжением, что свойственно электроподвижному  составу, необходимо отделить высокое  напряжение силовых цепей от цепей  управления (осуществить электрическую  развязку). Поэтому последним звеном между системой управления выпрямителем и управляющими электродами тиристоров являются импульсные трансформаторы ИТ.

Структурная схема одного из возможных вариантов системы  управления выпрямителем показана на рис.10 /1/.

Здесь ДВП – двухполупериодный  выпрямитель, связанный со специальной  низковольтной обмоткой трансформатора, питающегося от контактной сети, необходим  для синхронизации процессов  в силовой цепи и цепях управления. ДВП управляет генератором пилообразного  напряжения ГПН, где острие зубца, как  это показано на рис.11, совпадает  с концом одного и началом другого  полупериода питающего напряжения.

Машинист с помощью  контроллера машиниста КМ, подает напряжение управления U_упр, величину которого он может менять рукояткой контроллера, в блок К – компаратор, имеющий два входа и один выход. На второй вход К подается пилообразное напряжение от ГПН. Функция

компаратора – наложить пилообразное напряжение на напряжение управления U_упр и в точке их пересечения подать на выход сигнал в виде прямоугольника напряжения U_к

 

6.9.2  Напряжение управления. В соответствии с 5, рассчитать U_упрmin и U_упрmax при I_d=I_dн.